Fe-P-C三元系合金的组织与性能

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1981.03.026 北京钢铁学院学报 1981年第3期 Fe-PC三元系合金的组织与性能 粉末冶金教研室刘传习赖和怡 摘 要 在铁基粉末冶金中，采取铁磷合金化，是改善和提高铁基粉末冶金制品的强度 和韧性的有效方法之一。研究铁磷合金的组织与性能，对于制定铁磷合金的最佳工 艺、获得更高的综合性能以及铁磷合金的推广应用，都将具有重要的指导作用。 本文列举了不同成份的Fe-P二元系及Fe-P-C三元系合金所具有的优越性能， 并以金相方法配合显微硬度的测定，·着重研究了不同烧结及冷却条件下的组织和性 能变化，并对强化机理进行了探讨。 一、前言 本世纪三十年代以来，国外即从事了关于含磷烧结钢的研究【山，国内也曾作过一些工 作【、【)，均证明磷对提高铁基制品的强度有良好的效果。但由于过去是直接加入磷粉， 在烧结时常引起制品的强烈收缩和变形。此外磷还提高铁基合金的脆性，因此在工业生产上 过去未能得到推广应用。 70年代前后瑞典管根纳斯铁粉公司研究成了几种牌号的铁磷合金粉」、！。但有关铁 磷合金粉的制造工艺、铁磷合金强化机理等问题未见详细报道。 自1978年以来，我们对铁磷合金粉的制取工艺，铁磷合金材料的压制和烧结条件，铁磷 合金制品烧结过程中的尺寸变化及其控制，铁磷合金的性能、组织及强化机理，以及铁磷合 金的实际应用等方面作了比较系统的研究。部分的研究结果可详见我们过去发表过的两篇论 文」7，在此不再赘述。 文中我们列举了不同成份的Fe-P二元系及Fe-P-C三元系合金所具有的优越性能，着 重以金相方法配合显微硬度的测定，研究不同烧结和冷却条件下的组织及性能变化，并对强 化机理进行了探讨。为了更清楚地了解Fe-P-C三元系合金的组织与性能，首先对Fe-P二 元系合金进行了较为详细的研究和讨论。 封 二、试验方法 ·本试验中使用的主要原料有铁粉、磷铁粉、石墨粉和铜粉。 试样是采取普通的混料、压制及烧结方法制取的。 35

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 一 一 三元系合金的组织与性能 粉 末冶金 教研 室 刘传习 抽和怡 摘 要 在铁墓 粉 末冶金 中 ， 采 取铁磷合 金 化 ， 是 改善 和提 高铁 墓 粉 末 冶 金 制品 的 强度 和 韧性的有效 方 法之 一 。 研 究铁磷合 金 的组 织 与性能 ， 对 于 制定铁 磷合 金 的最佳工 艺 、 获得 更 高的综合 性能 以及 铁磷合 金 的推广 应用 ， 都将具 有重 要 的指导作用 。 本 文 列举 了不 同成份 的 一 二 元 系及 一 一 三 元 系合 金所 具 有的 优 越 性能 ， 并 以 金 相方 法 配 合 显微硬 度 的测定 ， · 着重研 究 了不 同烧结及 冷却 条件 下 的组 织 和 性 能变化 ， 并对 强 化 机 理 进行 了探讨 。 一 、 前 、 ‘ ， 口 本世 纪三 十 年代 以 来 ， 国外即从事 了关于 含磷 烧结钢的研 究 ‘ ， 国内也 曾作过 一些 工 作 ’ 、 ’ ， 均证 明磷对提 高 铁基制品 的强度有 良好 的效 果 。 但 由于 过去 是 直接加入 磷粉 ， ， 在烧结时常引起制 品 的 强烈 收缩 和 变形 。 此 外磷还提 高铁 基 合金的 脆性 ， 因此在工业生产上 过去未能得到推 广 应 用 。 年代前后瑞典 霍根 纳 斯铁 粉 公 司研究成 了几种 牌 号的 铁 磷 合金 粉 ‘ 」、 ’ 。 但有关铁 磷合金粉的制造工 艺 、 铁 磷合金 强 化机 理等阿题未见详 细 报道 。 自 宫 年以 来 ， 我们 对铁 磷 合金粉的 制取 工艺 ， 铁 磷合 金材 料的压 制 和 烧结 条件 ， 铁磷 合 金制品 烧结过 程 中的尺 寸 变化 及其控制 ， 铁磷 合金 的 性 能 、 组 织 及强 化机 理 ， 以 及铁 磷 合 金 的 实际 应 用等方 面 作 了比较 系统 的研究 。 部分 的研究 结 果 可详见我 们过去 发 表过 的 两 篇论 文 ，’ 」 ， 在此 不 再 赘述 。 文 中我们 列 举 了不 同成 份 的 一 二 元 系及 一 一 三 元 系 合 金所具 有的优越 性能 ， 着 重 以 金相方 法配合显微 硬度 的 测定 ， 研究不 同烧结 和 冷 却条件下 的组 织 及性 能 变 化 ， 并 对 强 化机理进 行了探讨 。 为了 更 清楚地 了解 一 一 三 元 系合 金 的组 织 与性能 ， 首 先对 一 二 元 系合金 进 行 了较 为详 细 的 研究 和 讨论 。 二 、 试 验方法 本试脸 中使用 的 主要 原 料有铁粉 、 磷铁粉 、 石 墨粉和铜 粉 。 试样是采取 普通 的 混 料 、 压 制 及烧 结方 法制取 的 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1981．03．026

烧结好的试样分别采取随炉缓冷及淬水急冷两种方式。 配制了。bf(B)浸蚀剂〔8)，以显示铁磷合金在不同的烧结和冷却条件下的相及组织的变 化，obf(B)浸浊剂的成份为：CuCl250毫克，SnC1z25毫克，FeC1g1.5克，蒸馏水25毫 升，酒精50毫升。 为了确证铁磷合金在高温烧结时的相变及磷的分布状况，对有关的试样进行了显微硬度 测定。 此外，按照常规方法对试样的化学成分(Fe、C、Cu、P等)、密度、硬度、抗弯强度、 拉伸强度及冲击韧性等进行了分析和检验。 三、试验结果及讨论 1,铁请合金的性能 经过两年多来的反复试验，发现铁磷合金确实具有优越的综合机械性能。详见表1、表 2。 表1 Fe-P二元系合金的性能◆ 性能 密 度 硬 度 抗弯强度 冲击韧性 成份 (克/厘米3) (HRB) (公斤/毫米2) (公斤-米/毫米2) Fe+0.3%P 6.68 35.6 69.4 2.8 Fe+0.45%P 6.91 55.8 82.5 3.6 Fe+0.60%P 7.19 70.9 >120 >5 Fe+0.80%P 7.30 75.7 117.6 1.5 Fe+2.0%Cu+0.7%C 6.61 69.5 68.0 1.04 ●压制密度约6.7克/厘米，烧结温度1120℃， 保温90分，分解氨保护。 表2 不同含磷量的Fe-P-C三元系合金的性能◆ 性能 度 密 硬 度 拉伸强度 冲击韧性 成份 (克/厘米) (HB) (公斤/毫米2) (公斤-米/毫米2) Fe+0.30P+0.50%C 6.79 129 44.4 2.1 Fe+0.45%P+0.50%C 6.92 146 54.8 1.9 Fe+0.60%P+0.50%C 6.93 151.8 56.7 1.9 Fe+2.0%Cu+0.50%C 6.86 122 44 1.63 ◆烧结温度1080℃，保温3小时，城市转化煤气保护。 铁磷合金所达到的上述性能在国内是具有先进水平的。某些性能指标己达到和超过瑞典 霍根纳斯铁粉公司同牌号合金的水平，见表3。 在实验室研究试制的铁磷合金粉，先后在一些工厂进行了试验，均取得了较好的效果， 不仅可以达到有关部门规定的技术要求，而且能节约短缺的有色金属铜，从而降低制品的成 本。 36

烧结好的 试样分别采取 随炉缓 冷 及淬水急冷两种 方式 。 配制 了 。 浸 蚀剂〔 〕 ， 以 显示铁 磷 合金在不 同的烧结和 冷却条件下的相及组织 的变 化 。 浸 浊 利的 成 份 为 么 毫克 ， 毫克 ， 。 克 ， 蒸馏 水 毫 升 ， 酒 精 毫升 。 为了确证铁 磷 合金 在高温烧结 时的 相 变 及磷的 分布状 况 ， 对 有关的 试样进 行 了显微硬 度 测 定 。 此 外 ， 按照 常规 方法对 试样的 化学成分 、 、 、 等 、 密度 、 硬 度 、 抗弯强度 、 拉伸强度及冲击 韧 性等进 行 了分析和 检验 。 三 、 试 验 结果 及 讨论 铁确合金的性能 经过 两年多来的反复试验 ， 发 现 铁磷 合金确实具有优越的综 合机械性能 。 详见 表 、 表 表 一 二元系合金的 性能 密 度 克 厘 米 吕 。 抗 弯 强 度 公斤 毫米 冲 击 韧 性 公斤一 米 毫米 勺内 甘八土，上甘 廿勺任︸丹口 八， … 甲‘内凡丹 、 、 、 性 能 一 、 成份 一 、 、 、 、 … ﹄办户一︸ 匕月口了八﹄工才口“﹄。︸︸ 压 制密度约 克 厘 米 ， 烧结温 度 ℃ ， 保温 分 ， 分 解氮保 护 。 表 不 同含磷量 的 一 一 三 元 系合金的 性能 一 ‘ 辰 份 一 、 一 …荔 …贾川咒鬓 · · 。 · ” · ” … ‘ ” ‘ ‘ · ‘ ” · ” · “ · ‘ ” ‘ · ” · ” · “ · ‘ ‘ · … “ · “ · “ 十 ” · “ · ‘ · 冲 击 韧 性 公斤一米 毫米 烧结温度 ℃ ， 保 温 小时 ， 城 市转化 煤气保 护 。 铁磷 合金 所 达 到的 上述性能在 国内是具有先进 水平的 。 某些 性能指标 已达 到和超过瑞典 霍 根纳 斯铁粉公司 同牌 号 合金 的水 平 ， 见 表 。 在 实验室研究试制 的铁 磷 合金粉 ， 先后 在一些 工厂 进 行 了试验 ， 均取得 了较好 的效 果 ， 不 仅可 以 达 到 有关部门规 定的技 术要求 ， 而且能节约短 缺的有 色金属铜 ， 从而降低制 品 的 成 本 。 令

表3 本试验研究的铁磷合金与霍根纳斯铁粉公司同牌号合金的性能对比 单 位 合 金牌号 密度 拉伸强度 (克/厘米3) (公斤/毫米) 本 试 验◆ Fe+0.3%P+0.5%C 6.8 46.4 霍根纳斯铁粉公司*◆ PNC30+0.5%C 6.8 43.0 本 试 验 Fe+0.45%P+0.5%C 6.86 52.8 霍根纳斯铁粉公司 PNC45+0.5%C 6.8 46.0 本 试 验 Fe+0.6%P+0.5%C 6.92 57.2 霍根纳斯铁粉公司 PNC60+0.5%C 6.8 52.0 ◆采取1080℃烧结，保温3小时，城市转化煤气保护 ◆*采取1120℃烧结，保温60分，分解氢保护。PNC30、PNC45和PNC60为鳞铁粉牌号， 含磷量分别为0.3%、0.45%和0.6%。 2,铁磷合金烧结时的组织变化和强化机理 铁磷合金为何能得到上述优越的综合机械性能，并达到良好的应用效果呢？分析如下， (1)Fe-P二元系合金在烧结过程中的相变及冷却后的组织： 应用F-P二元系相图（见图1），可以说明铁磷合金在烧结过程中的相变及冷却后的 组织。 1600r 君 1500 度 1400 1365℃ 1400 1300 1262 (27) 1300 120( (15.3)166D 1200 1100 1100 1050℃ (10.5) 1004 900 0 .20.10.6 醉含址一 10 1 20 25 磷的重计百分数% 图1Fe-P二元系相图 现以Fe+0.45%P的合金为例来进行说明。粉末压坯由铁粉和磷铁粉（基本上是Fe,P) 所组成，在混合料中磷含量为0.45%。随着温度的升高，磷铁粉中的磷，开始向铁粉颗粒中 进行固态扩散。当温度达到910℃以上时，铁粉颗粒要发生由a-Fe转变为Y-Fe的相变。只 有那些直接与磷铁粉颗粒相接触的铁粉颗粒由于溶解了一部分磷原子，才保持为a-Fe相或 转变为a-Fe+Y-Fe的两相组织。当温度超过磷共晶的熔点1050℃时，就会发生以下反应： 87

表 本 试验研 究 的 铁 磷 合金 与霍根纳 斯铁 粉公 司 同牌号合金的 性能对 比 单 位 合 金 牌 号 本 试 验 … 十 。 。 霍根纳 斯铁 粉 公 司” 本 试 验 … · · 霍根 纳 斯铁粉 公 司 ” · · 单 位 合 金 牌 号 密 度 拉 伸 强 度 克 厘 米 “ 公斤 毫米 本 试 验 霍根纳 斯铁 粉 公 司二 本 试 验 留根纳 斯铁粉 公 司 本 试 验 霍 根 纳 斯铁粉公司 ‘ 采取 ℃ 烧结 ， 保 温 小 时 ， 城 市转 化煤气保 护 二采 取 ℃ 烧结 ， 保温 分 ， 分 解 氮保 护 。 、 和 为磷铁粉牌 号 ， 含磷 量分别为。 ， 、 和 。 铁确 合 金烧结时的组 织 变化和 强化机 理 铁 磷合金 为何 能得到上述 优越的综 合机械性能 ， 并 达 到良好 的应 用效 果 呢 分析如 下 一 二元 系合金 在烧结过 程 中的相 变 及冷却后 的组织 应 用 一 二 元 系相 图 见 图 ， 可 以 说 明铁磷合金在 烧结过 程 中的相变及冷却后的 组织 。 绪 二 工 习 、 勿 ’ 、 、 夕吸 ， 尸 ’ 冬入 。 ℃ 汽 叮门 犯 、。 。八 一 巨日 恐 个 ℃ … …区 ︵ 磷 含址 人 几 磷 的 仁星百 分数 图 一 二 元 系相 图 抓以 的合 金为例来进 行说 明 。 粉末压 坯 由铁粉和 磷铁 粉 基本上是 。 。 所组成 ， 在混 合料 中磷 含量 为。 。 随着 温度的 升高 ， 磷铁粉 中的 磷 ， 开始 向铁锻预拉中 进行 固态 扩散 。 当温度 达 到 ℃ 以 上 时 ， 铁 粉颗粒要 发 生 由 一 转 变为丫一 的相变 。 只 有那些 直接 与磷铁 粉颗 粒 相 接触 的 铁 粉 颗 粒 由于溶解 了一 部分 磷原 子 ， 才保持为 一 相 或 转变为 一 丫一 的 两相 组 织 。 当温度超 过 磷共晶的熔 点 。 ℃ 时 ， 就 会发生 以下反应

Fe,P+a-Fe李L(液相) 因而形成共晶液相。该液相能润湿铁粉颗粒表面，并由于毛细管的作用力会重新分布，而且 包复在铁粉颗粒表面上。由于磷原子在a-Fe中的最大溶解度可达2.5%，因此，共晶液相的 形成就提供了磷原子向铁粉颗粒中扩散的有利条件。 考虑到磷铁和铁粉颗粒之间的接触情况各不相同，所以磷原子在铁粉颗粒中的扩散溶解 是不均匀的。 当烧结温度保持在1120℃时，由于液相中的磷向铁粉颗粒中扩散，最终会使液相消失。 这时合金的组织是富磷的a-Fe相和含磷较低的Y-Fe相。当铁磷合金中含磷量提高时，则富 磷的a-Fe相增多，而含磷较低的Y-Fe则相应减少。 为了证明并进一步深入了解Fe-P二元系合金在烧结时的相变过程及冷却后的组织状 态，特做了以下试验： 将含磷量分别为0.3%、0.45%、0.6%及0.8%的四种铁磷合金，在1120℃烧结，保温 90分，然后淬水急冷，并用ob「(B)浸蚀剂浸蚀，得到一组照片（见图2，本文照片均见图 版)。由照片可以看出，每种合金试样均存在着白亮区与灰暗区两个差别十分显著的区域， 而且随着含磷量的提高，白亮区有规律地扩大，灰暗区则有规律地减少。结合F一P二元系 相图来分析，很明显，白亮区就是铁磷合金在高温烧结状态下的a-F相，而灰暗区则是铁磷 合金在高温烧结状态下的Y-Fe相。这是由于在高温烧结状态下a-Fe相中的含磷量比Y-Fe相 中高得多，当淬水急冷时，磷原子在冷却过程中来不及扩散，于是这种高温相的成分差别便 被保留了下来。尽管在室温状态下都以铁素体形态存在，但原来两个不同相区的含磷量是不 同的，因此经obf(B)浸蚀剂浸蚀后即显现出两种不同的颜色。白亮区为高磷区，即原来的 a-Fe相区，灰暗区为低磷区，即原来的Y-Fe相区。显然随含磷量的提高，铁磷合金在高温 烧结状态下的a-F相随之增多。淬水急冷后的试样经浸蚀后，在金相显微镜下呈现的白亮 区也相应扩大。 为了进一步加以确证，另将同样的四种铁磷合金，采取相同的烧结条件，但实行随炉缓 冷。其试样抛光后也用。b[(B)浸蚀剂浸蚀，得到另一组金相照片（见图3）。从这组照片 中看到的是白色的铁素体基体和孔洞，并且孔洞的形状及数量随含磷量的增加而有所变化。 但却看不到白亮区与灰暗区的明显差别。这是因为在随炉缓冷过程中，在a-Fe相及Y-Fe相 之间发生了磷原子的扩散，从而在室温下得到含磷比较均匀分布的铁素体组织。 此外，还对铁磷合金试样中所显现的白亮区及灰暗区进行了显微硬度测定，测定结果表 明，所有白亮区的硬度都高于灰暗区的硬度，见表4。这是因为白亮区为高温烧结时的α-F 相，其含磷量高，故显微硬度高，而灰暗区为高温烧结时的Y-F相，其含磷量低，故显微 表4 铁磷合金试样不同区域的显微硬度测定 显 微 硬 度 (公斤/毫米2) 不 同 区 域 2 3 4 平均值 白亮区（高温时的a-Fe相） 197.0 207.2 209.6 218.9 208.2 灰暗区（高温时的Y-Fe相） 150.6 158.9 185.6 185.6 172.2 ◆试样成分为Fe+0.45%P,烧结温度1120℃，保温90分，淬水急冷。表中1、2、3、 代表不同的测定位置。 38

一 ‘ ‘ 争 液相 因而形 成共晶液柑 。 该 液相 能润 湿 铁粉颗 粒 表面 ， 并 由于 毛细管的作用力会重新分布 ， 而且 包复在铁 粉颗粒 表面 上 。 由于磷原子在 一 中的最大溶解度可达 ， 因此 ， 共晶液相的 形成就提 供 了磷原 子 向铁粉颗 粒 中扩散的有利 条件 。 考虑 到磷铁和 铁 粉颗 粒 之 间的接触 情 况各不相 同 ， 所 以磷原 子在铁粉颗粒 中的扩散溶解 是 不 均匀的 。 当烧结温度保持在 ℃ 时 ， 由于 液相 中的磷向铁粉颗粒 中扩散 ， 最 终会使液相 消失 。 这 时 合金 的 组织是富 磷的 一 相 和 含磷较低的 丫一 相 。 当铁 磷 合金 中含磷最提高时 ， 则富 磷的 一 相 增 多 ， 而含磷较 低的 一 则相应减少 。 为了证 明并进一 步深入 了 解 一 二元 系合金在烧结时 的相 变 过 程 及冷却 后 的组 织状 态 ， 特做了以 下试验 将含磷量 分别 为 、 、 及 的 四种 铁磷 合金 ， 在 ℃ 烧 结 ， 保温 分 ， 然 舌淬水急冷 ， 并用 。 浸 浊刘浸 蚀 ， 得 到一 组照 片 见 图 ， 本 文照片均见 图 版 。 由照 片可 以 看出 ， 每种 合金 试样均存在着 白亮区 与灰 暗 区 两个差别 十分显著 的 区域 ， 而且 随 着 含磷量 的提高 ， 白亮 区有规律地扩大 ， 灰 暗 区则 有规 律地减少 。 结 合 一 二 元 系 相 图来 分析 ， 很 明显 ， 白亮 区 就是 铁磷 合金在高温烧结状态 下的 一 相 ， 而灰 暗 区 则 是 铁磷 合 金在 高温烧结 状态 下的 丫一 相 。 这是 由于 在高温 烧结状态 下 一 相 中的 含磷量 比丫一 相 中高得 多 ， 当淬水急冷时 ， 磷原 子 在冷却过程 中来 不 及扩 散 ， 于 是这种 高温相 的成 分差 别便 被保 留了下来 。 尽管在 室 温状态 下都 以 铁 素体形态存在 ， 但原来 两个不 同相 区 的 含磷量是 不 同的 ， 因此经 浸 蚀 剂浸 蚀后 即显 现 出两种不 同的颜 色 。 白亮 区 为高磷 区 ， 即原来的 一 相 区 ， 灰 暗 区 为低磷区 ， 即原来的 丫一 相 区 。 显 然随 含磷量 的提高 ， 铁 磷合金在高温 烧 结抉态 下的 一 相 随之增 多 。 淬水急 冷后 的 试样经 浸蚀 后 ， 在 金相显 微 镜下呈现 的 白亮 区也 相应 扩大 。 为了进一 步加 以确证 ， 另将同样的 四 种 铁磷 合金 ， 采取 相 同的 烧结条件 ， 但 实 行随炉缓 冷 。 其试 样抛 光后 也用 。 浸 蚀剂 浸 蚀 ， 得 到 另一 组 金相照片 见 图 。 从这 组照片 中看 到的是 白色的 铁素体基体和孔 洞 ， 并且孔 洞的形状 及数量 随 含磷量 的增 加而有所变化 。 但却看不 到 白亮区 与灰 暗 区的 明显差 别 。 这是 因为在 随炉缓 冷过 程 中 ， 在 一 相 及丫一 相 之 间发生 了磷原子的扩 散 ， 从而在室 温下得 到含磷 比较 均匀分布的 铁 素体组 织 。 此外 ， 还 对铁磷 合金试样 中所显现 的 白亮 区及灰 暗 区进 行 了显微硬 度 测定 ， 测定结果表 明 ， 所有 白亮 区的硬 度都高于灰 暗 区的硬度 ， 见 表 。 这 是 因为 白亮 区 为高温 烧结时的 一 “ 相 ， 其 含磷量 高 ， 故显 微硬度高， 而灰 暗 区 为高温 烧结时的 丫一 相 ， 其 含磷量低 ， 故 显微 表 铁磷合金试样不 同 区域的 显微硬 度测定 显 微 硬 度 公斤 毫米 名 不 同 区 域 平 均 值 白亮 区 高温 时的 一 相 灰暗区 高温 时的丫一 相 匕内甘 试样成分 为 ， 烧结 温度 。 ℃ ， 保 温 。 分 ， 淬水 急冷 。 表 中 、 代表不 同 的测定位 置 。 、 、 产

硬度也低。 为了研究铁磷二元系合金在烧结保温过程中的相变和扩散，选择了含磷为0.8%的铁磷 合金，在1220℃烧结，分别保温5分、30分及60分，然后淬水急冷，试样抛光后用obf(B) 浸蚀剂浸蚀，得到-一组照片（见图4)。由图4()的照片中可清楚看到，在灰暗区周围都有 一圈白亮区。证明在烧结温度下，先形成少量的磷共晶液相，包复在铁粉颗粒周围。由于保 温时间较短，只有5分钟，磷原子的扩散刚刚开始，所以颗粒周围有一圈富磷铁素体，而颗 粒的中心区域仍为低磷奥氏体。随着烧结时间由5分延长至30分及60分，磷原子不断地由四 周向铁粉颗粒中心扩散溶解，并逐步均匀化。这时低磷的奥氏体区基本消失，得到的组织是 铁素体加孔隙。 由F®-P二元系相图及上述试验可以看出，在铁磷二元系合金中，磷不仅能溶解到铁粉 颗粒中，产生固溶强化作用，而且可以缩小甚至封闭奥氏体稳定区，因此，当磷的加入量为 0.3~0.6%时，可看到铁磷合金将处于两相区烧结，即在烧结过程中除有奥氏体外，还有一 部分或大部分铁素体存在。当铁磷合金中磷含量超过0.6%时，使得奥氏体区被封闭，则合 金由室温一直到熔点都不会发生a-Fe转变成Y-Fe的相变。这种铁磷合金基本在铁素体状态 下进行烧结（由于在烧结时磷的扩散均匀化很难充分，故在烧结状态下，合金试样的组织除 大部分为a-Fe相外，仍有少量Y-Fe相存在)。在a-Fe相区烧结时，铁的自扩散活化能约 为37000卡/克分子，而在Y-Fe相区铁的自扩散活化能约为67000卡/克分子I。在正常的烧 结温度下，铁原子在铁素体中的扩散系数要比在奥氏体中大100倍左右。因此如铁基合金在 烧结时仍能保持铁素体的晶体结构，就可使烧结过程大大地强化，加速其致密化和孔隙球化 过程，使之材料的强度和韧性都得到提高，从而获得较优越的综合机械性能。 (2)Fe-P-C三元系合金在烧结过程中的相变及冷却后的组织。 现参考Fe-P-C三元系合金相图在1120℃下的等温截面图(8)（见图5）进行分析。 Fe-P-C三元系合金在烧结过程中的相变在很大程度上与Fc一P二元系合金相似，只是 由于添加了石墨，使Y-F区扩大，并使得扩散溶解及相变过程更加复杂和不均匀。 0.100.200.300.40 化合碳量G 图5Fe-P-C三元系合金相图在1120℃下的等温截面图。园圈用于妍究 表示试样的成分，每个园图中白的部分表示铁素体，黑的部分表示 奥氏体。 众所周知，磷和碳原子在a-Fe和Y-Fe中的溶解度是不同的。磷原子在a-Fe中的溶解 度大，最大溶解度可达2.5%，而碳原子则在Y-F中的溶解度大，最大溶解度可达 2.1%。 由于碳原子在Y-Fc中的溶解度比在a-Fe中大得多，因此，碳原子主要是溶解到Y-Fe 39

硬 度 也 低 。 为 了研究 铁磷二 元 系 合金 在 烧 结 保 温过 程 中的 相 变和 扩 散 ， 选择 了 含 磷 为 的铁磷 合 金 ， 在 。 ℃ 烧结 ， 分 别 保 温 分 、 分 及 分 ， 然 后 淬水 急冷 ， 试样抛 光后 用 。 浸蚀剂浸蚀 ， 得 到一 组照 片 见 图 。 由图 的 照 片 中可 清 楚看 到 ， 在灰暗 区周 围都有 一 圈 白亮 区 。 证 明 在烧 结 温度 下 ， 先形 成少量 的磷共晶 液 相 ， 包复在铁 粉颗粒周 围 。 由于保 温 时间较 短 ， 只 有 分 钟 ， 磷原 子 的扩 散刚 刚开 始 ， 所 以 颗粒 周 围有一圈富磷铁 素体 ， 而顺 粒 的 中心 区域 仍 为低 磷奥 氏体 。 随 着烧 结 时间 由 分延 长 至 分 及 分 ， 磷原 子 不断地 由四 周 向铁粉颗粒 中心 扩 散溶解 ， 并逐 步均匀化 。 这 时低磷的 奥氏体 区基本 消失 ， 得 到的组 织是 铁 素体加孔 隙 。 由 一 二元 系相 图 及上述 试 验 可以 看 出 ， 在铁磷 二 元 系 合 金 中 ， 磷不 仅 能溶解到铁粉 颗粒 中 ， 产 生 固溶强 化作用 ， 而且可 以缩 小甚 至封 闭奥 氏体稳定 区 ， 因此 ， 当磷的 加入 为 时 ， 可 看 到铁磷 合金将处于 两 相 区烧结 ， 即 在烧结过 程 中除有奥 氏体外 ， 还有一 部分或大 部分铁 素 体存在 。 当铁磷 合金 中磷 含量超 过 时 ， 使得 奥氏体 区被封 闭 ， 则 合 金 由室 温一直 到熔点都 不会发生 一 转变成丫一 的 相 变 。 这种 铁 磷 合金基本 在 铁 素体状态 下进 行 烧结 由于 在 烧结 时磷 的扩 散均匀 化很难 充分 ， 故在 烧 结状态 不 合金 试样的组织除 大 部分 为 一 相外 ， 仍 有少 量 丫一 相存在 。 在 一 相 区烧结 时 ， 铁 的 自扩 散活 化能约 为 卡 克分 子 ， 而 在 丫一 相 区铁的 自扩散活 化能约 为 卡 克分 子 。 ， 。 在正常 的 烧 结 温度下 ， 铁原 子在 铁 素体 中的扩 散系数要 比在奥 氏体 中大 倍左右 。 因此 如铁 基合 金在 侥结时仍能保持铁素体的 晶体结构 ， 就可 使烧结过程 大大地强 化 ， 加速 其致密 化和孔 限球化 过程 ， 使之材料的 强度和 韧 性都得 到提高 ， 从而获得 较优越 的综 合机械性能 。 一 一 三 元 系 合金在 烧结过 程 中的 相 变 及 冷却后 的组 织 。 现参考 一 一 三元 系合金相 图在 ℃ 下 的 等温截 面 图 〔 〕 见 图 进 行 分析 。 一 ‘ 三元 系合金 在 烧 结过 程 中的相 变在很 大程 度 上 与 一 二元 系 合金相 似 ， 只 是 由于添加 了石 墨 ， 使 一 区扩大 ， 并使得 扩散溶解及相 变过 程 更加 复杂 和 不 均 匀 。 次州猛握卜 化 含碳星 图 一 一 三 元 系合 金 相 图在 ℃ 下 的等温 截面 图 。 园 圈用 于 研 究 表 示 试 样 的成分 ， 每个园 圈中 白的部分 表示铁素体 ， 黑 的部分 表示 奥 氏体 。 众所周 知 ， 磷和碳原 子在 一 和 丫一 中的 溶解度 是 不 同 的 。 磷原 子在 一 中的溶解 度大 ， 最大 溶解度 可 达 ， 而 碳 原 子 则在 丫一 中的 溶 解度 大 ， 最 大溶 解 度 可达 。 由于碳原 子在 丫一 中的 溶解度 比在 一 中大 得 多 ， 因此 ， 碳 原 子主 要是 溶 解到丫一

中。同时碳又是扩大Y-Fe相区的元素，故当碳含量提高时，随着碳原子的扩散，Y-Fe相的 量将要增多。相反，由于磷原子在a-Fe中的溶解度比在Y-Fe中大得多，因此，磷原子主要 是溶解到a-Fe中。同时磷又是缩小Y-Fe相区的元素，故当磷含量提高时，随着磷原子扩 散，a-Fe相区不断扩大，而Y-Fe相区则相应地逐渐缩小。当Fe-P-C三元系合金的成分一 定时，在高温烧结过程中经过相变达到平衡后，其a-Fe和Y-Fe相的相对量也是一定的。 例如Fe+0.8%P+0.7%C(实际化合碳约0.3~0.4%)合金，按照Fe-P-C三元系相图在 1120℃下的截面图，其最终a-Fe相的量约为10~0%，而Y-Fe相的量将近90~100%。 不同含碳量的Fe-P-C三元系合金，经1120℃烧结，保温90分钟，然后淬火急冷，得到 的组织为铁素体+马氏体+孔隙+少量游离石墨，见图6。 从图6可以看出，在Fe-P-C三元系合金中，随含碳量提高，经淬水急冷所得组织中马 氏体量增多。 马氏体组织具有较高的硬度，再加上磷对基体a-Fe及马氏体均有固溶强化作用，故使 得淬火的Fe-P-C三元系合金具有很高的强度和硬度，如Fe+0.8%P+0.9%C合金经水淬 后其硬度可达111.6HRB。但是，这种淬火的Fe-P-C合金的冲击韧性却有明显降低。 Fe-P-C三元系合金在1120℃烧结，保度90分，然后随炉缓冷，得到的组织为铁素体+ 珠光体+孔隙+游离石墨，见图7。游离石墨对合金的机械性能有着缺口效应。 由图7可以看出，在F℃-P-C三元系合金中，当含碳量增高时，则组织中的珠光体随之 增加。例如在Fe+0.8%P+0.3%C的合金中珠光体量很少，而当含碳量由0.3%增加到 0.5%和0.9%时，则合金中珠光体量可相应增加到60%和95%。 在F©-P-C三元系合金中，由于碳含量增高，使珠光体量增加，因而合金的强度及硬度 随之增大，但是冲击韧性却相应有所降低，这主要是因为珠光体增多和游离石墨的存在降低 了合金基体的塑性。此外，由于含碳量提高，使F©-P-C三元系合金在高温烧结状态下增多 了Y-Fe相而减少了α-Fe相。这就延缓了烧结过程，不利于合金的致密化及孔隙球化。 (3)铁磷合金在烧结过程中的孔隙变化： 铁磷合金在烧结过程中，其孔隙形状将要发生显著的球化，见图8。 孔隙的显著球化无论是对铁磷合金的强度及韧性都有重要的影响，这是铁磷合金所以能 获得如此优越的综合机械性能的关键所在。 试验证明，铁磷合金中的孔隙变化与烧结温度、时间及磷含量等都有密切的关系，图9 图10是烧结保温时间及磷含量对孔隙变化的影响。由图9、图10可以看到铁磷合金内部孔隙 变化有着大致相同的规律，即随着烧结保温时间延长，或磷含量的提高，孔隙分布由相互连 通变成各自隔离，孔隙形状由不规则变成椭园形直至球形，孔隙数量由多变少。 铁磷合金中孔隙的上述变化主要是表面张力和原子的扩散所引起的，因此随着烧结保温 时间的延长，有利于原子的扩散迁移。而随着磷含量的增高，使铁磷合金在高温烧结时含有 更多的a-Fe相，因而强化了烧结过程。 根据以上分析，为了使铁磷合金得到更加理想的综合机械性能，烧结温度应适当升高一 些，保温时间适当延长一些，磷含量要适当多一些。但烧结温度过高，保温时间过长，会引 起晶粒显著长大。而磷含量过多，会引起合金基体的脆化。这些对合金的强度和韧性都是有 害的。 (4)铁磷合金在烧结过程中的晶粒长大 铁磷合金在烧结过程中，除发生相变及孔隙变化外，晶粒将要长大。 40

中 。 同时碳 又是 扩大 丫一 相 区 的元 素 ， 故 当碳 含量提 高 时 ， 随着碳原子的扩散 ， 丫一 相 的 量将要增 多 。 相 反 ， 由于 磷原 子在 一 中的溶解度 比在 丫一 中大得 多 ， 因此 ， 磷原 子主要 是 溶解到 一 中 。 同 时 磷又 是缩小丫一 相 区的元 素 ， 故 当磷 含 量 提高时 ， 随着磷原子扩 散 ， 一 相 区不断 扩大 ， 而丫一 相 区则相应 地逐渐缩小 。 当 一 一 三元 系合金的成分一 定 时 ， 在 高温烧结过程 中经过 相 变达 到平衡后 ， 其 一 和 丫一 相 的 相对量 也是 一定的 。 例如 实际 化 合碳 约 合金 ， 按照 一 一 三元 系相 图在 ℃ 下 的截 面 图 ， 其 最 终 一 相 的量 约为 ， 而丫一 相 的量 将近 。 不 同含碳 量 的 一 一 三元 系 合金 ， 经 。 ℃ 烧结 ， 保 温 分钟 ， 然后淬 火急冷 ， 得 到 的 组 织为铁素体 马 氏体 孔 隙 少量游 离石 墨 ， 见 图 。 从图 可 以 看 出 ， 在 一 一 三元 系合金中 ， 随 含碳量 提 高 ， 经淬水急 冷所得组织 中马 氏体量增 多 。 马 氏体组 织具有较高的 硬度 ， 再加 上 磷对基体 一 及马 氏体均有固溶强 化作用 ， 故使 得淬火的 一 一 三 元 系合 金具有很 高的 强度 和 硬 度 ， 如 。 。 合金经水淬 后 其 硬 度可 达 。 但是 ， 这种淬火的 一 合金 的冲击 韧 性却有 明显 降低 。 一 一 三 元 系合 金在 ℃ 烧结 ， 保 度 分 ， 然后 随炉缓 冷 ， 得 到的组 织 为铁素体 珠光 体 孔 隙 十 游 离石 墨 ， 见 图 。 游 离石 墨对 合金 的 机械性能有着缺 口 效应 。 由图 可 以看 出 ， 在 一 一 三 元系 合金 中 ， 当含碳 量增 高时 ， 则 组 织 中 的 珠光体随之 增 加 。 例如 在 十 的 合 金 中珠 光 体量 很 少 ， 而 当 含碳 量 由 增 加 到 和 时 ， 则 合金 中珠 光体量 可相 应增 加到 和 。 在 一 一 三 元 系合 金中 ， 由于碳 含 量 增高 ， 使珠光体量增加 ， 因而合 金的 强度 及硬度 随之 增大 ， 但是 冲击 韧 性却相应有所降低 ， 这主要是 因为珠光体增 多和游 离石 墨 的存在降低 了合金基体的塑 性 。 此外 ， 由于 含碳 量 提高 ， 使 一 一 三 元 系 合金在高温烧结状态 下增多 了丫一 相 而减少 了 一 相 。 这就延 缓 了烧 结过程 ， 不 利于 合金的 致密 化及孔 隙球化占 铁磷合金 在烧 结过程 中的孔 隙 变化 铁 磷合金在 烧结过程 中 ， 其孔 隙形状将要发生 显著 的球 化 ， 见 图 。 孔 隙的显著球 化无论是对铁磷合金的 强度及韧 性都有重 要的影响 ， 这 是 铁磷 合金所 以 能 获得如 此优越 的综合机械性能的关键所在 。 试验证 明 ， 铁磷 合金 中的孔 隙变 化与烧结温度 、 时间 及磷 含量 等都 有密切 的关系 ， 图 图 是 烧结保 温 时间及 磷 含量 对孔 隙变 化的影响 。 由图 、 图 可 以 看到铁 磷合金 内部孔 隙 变 化有着大致相 同的规律 ， 即随着烧结保温 时间延长 ， 或磷含量 的提 高 ， 孔 隙分布由相 互连 通 变成各自隔 离 ， 孔 隙形状 由不规则 变成椭 园形 直 至球形 ， 孔 隙数量 由多变少 。 铁磷合金 中孔 隙的 上述 变化主 要是 表面张力和原 子的扩 散所 引起的 ， 因此随着烧结保温 时间的延 长 ， 有利于原子的扩散迁移 。 而随 着磷含量 的增高 ， 使铁磷合金在高温 烧结时 含有 更 多的 一 相 ， 因而 强 化了烧结 过程 。 根据 以 上分析 ， 为 了使铁磷 合金得 到更加 理想的综 合机械性能 ， 烧结温度应 适 当升高一 些 ， 保 温 时间适 当延 长一些 ， 磷 含量 要适 当多一些 。 但烧 结温度过高 ， 保 温 时间过长 ， 会引 起晶粒 显著长大 。 而磷含量 过 多 ， 会引起 合金基体的脆 化 。 这些 对 合金的 强度和韧 性都是有 害的 一 。 铁 磷合金在烧结过程 中的 晶粒 长大 铁磷合金在 烧结过 程 中 ， 除发生相 变及孔 隙变 化外 ， 晶粒 将要长大

当烧结温度提高到1050℃以上至1200℃，由于磷铁共晶液相的形成，促进了制品的致密 化，同时铁磷合金又处在a-Fe+Y-Fc两相区或a-Fe相区烧结，随着孔隙的部分消除和集 中，晶粒将通过晶界的平直化及大小晶粒之间吞并而长大。在晶粒长大过程中由于晶界的迁 移更有利于孔隙的消除，反过来又促使晶粒长大。 试验发现当烧结温度高于1200℃时，铁磷合金的晶粒将发生显著长人，见图]1。由图11 可看出，当烧结条件由1220℃保温60分改变为1300℃保温90分时，经测定其平均品粒大小将 由50微米左右显著增大到90微米以上。同时由图11(h)还可清楚看到，由了发生品粒间的相 互吞并而引起晶界的迁移，原先晶界的痕迹还清晰可见。 试验证阴，当铁磷合金的晶粒一旦发生显著长大，则冲击韧性急剧下降。如F©+ 0.45%P的合金，当烧结条件由1220℃、保温60分，改变为1300℃、保温90分，由于晶粒显 著长大，使合金的冲击韧性由4.5公斤-米/毫米2急剧降低到0.4公斤-米/毫米2。 (5)关于铁磷合金强化机理： 铁磷合金不仅具有较高的强度，而且还有良好的韧性，即得到较为理想的综合机械性 能。综合上述分析，对铁磷合金强化机理可归纳如下： 影响铁磷合金强度的主要因素有两个，一是基体的强化，二是孔隙的数量、形状及分 布。凡是促进基体强化，并有利于孔隙的数量减少、形状球化以及分布均匀等的因素，都会 使合金的强度提高。 在铁磷合金中，磷是一个显著的强化元素，而磷的强化作用主要表现在三个方面： ①由于磷铁粉中的磷，在烧结时通过向铁粉颗粒中扩散形成铁磷固溶体，产生了显著 的固溶强化作用，而磷的固溶强化效应比起其它合金元素如Si、M、Ni、Mo等都要强得 多01。 ②由于磷有缩小Y-Fe相区的作用，使铁基材料保持在a-Fe相区或a-Fe+Y-Fe两相 区烧结。大大强化了烧结时的扩散过程，因而加速了铁基材料的孔隙球化效应和致密化过 程。 ③由于磷的加入将产生少量的共晶液相，也对烧结致密化过程起到了促进作用。 在铁磷碳合金中，碳也是一个强化元素，碳的强化作用主要是通过在烧结时溶入爽氏 体，而在冷却时形成珠光体组织来实现的。 在粉末冶金材料中，影响韧性和脆性的主要因素有三个：基体的塑性，晶粒的大小和孔 隙的数量、形状及分布。凡是基体塑性好，晶粒细小，孔隙度小，孔隙形状接近球形并且分 布均匀的材料，其冲击值高。 在铁磷合金中，随磷含量增加，一方面使基体产生固溶强化，降低了塑性，但另一方面 却又有利于孔隙球化，促使收缩，减少孔隙的数量。这说明磷含量的增加，对合金的冲击韧 性既有好的影响，也有不利的影响。当磷含量由0.3%增至0.6%时，其冲击韧性随磷含量的 增加而提高。“磷含量超过0.6%时，则冲击韧性有所降低。 在铁磷碳合金中，碳对冲击韧性的影响是多方面的。随含碳量的增加，由于碳溶入基体 中促使基体强化，因而降低了合金的塑性，加入的石墨妨碍了铁粉颗粒的互相直接接触，阻 碍了宁烧结过程的进行，不利于致密化和孔隙球化，降低了合金的强度和塑性，在合金中不可 避免地荐往著少量的游离石墨，对合金的力学性能有着缺口效应。所有这些都使合金的冲击 韧性下降。 在铁磷合金的烧结过程中，烧结温度过高，保温时间过长，都促使晶粒长大，对冲击韧 4i

当烧结温度提高到 ℃ 以 上至 ℃ ， 由于磷铁共晶液相 的形成 ， 促进了制品 的致密 化 ， 同 时铁 磷 合金 又 处 在 一 丫一 。 两相 区或 一 相 区烧结 ， 随 着孔 隙的 部分 消除和集 中 ， 晶粒 将 通 过 晶界 的 平直化 及大 小 晶粒 之 间吞 并而 长大 。 在 晶粒 长 大过 程 中 由于 晶界的迁 移更有利 于孔 隙的 消除 ， 反 过 来 又促 使 晶粒 长大 。 试验 发现 当烧 结 温 度高 一 厂 ℃ 时 ， 铁磷 合金 的 晶粒 将 发生显 著 长人 ， 见 图 。 由图 可看出 ， 当烧 结 条件 由 ℃ 保 温 分改 变为 ℃ 保 温 分 时 ， 经 测定其 平均 晶粒 大小将 由 举米左 右显 著增 大到 微米 以 上 。 同时 由图 还 可 清楚看 到 ， 由 干发 ‘ 晶粒 间的相 互着并而 引起 晶界的 迁 移 ， 原 先晶界的 痕迹还清晰 可 见 。 试验 证 明 ， 当铁磷 合金 的 晶 粒 一旦 发生 显著 长大 ， 则 冲 击 韧 性 急剧 下 降 。 如 的 合金 ， 当烧 结 条件 由 ℃ 、 保温 分 ， 改 变为 ℃ 、 保温 分 ， 由于 晶粒 显 著长大 ， 使 合 金 的 冲击 韧 性由 公斤一米 毫米 么急剧 降低 到。 公斤一米 毫 米 急 。 关于 铁磷合 金 强 化机 璐 铁磷合金不 仅 具 有较高的 强度 ， 而且 还有 良好 的韧 性 ， 即得 到较 为 理 想 的综 合机械性 能 。 综 合 上述 分析 ， 对 铁 磷合 金 强 化机理可归纳 如 下 影 响铁磷合 金 强度的 主 要 因 素有两个 ， 一是 基体 的 强 化 ， 二 是孔 隙的 数量 、 形 状 及分 布 。 凡是促 进 基体强 化 ， 并有利 于孔 隙的 数量 减少 、 形状 球 化以 及 分布均匀等的 因素 ， 都 会 使合金的 强度提 高 。 在 铁磷合 金 中 ， 磷 是一个显著 的 强 化元 素 ， 而磷的 强 化作用主 要表现在三 个方 面 ① 由于 磷铁粉 中的 磷 ， 在 烧 结时通 过 向铁 粉颗 粒 中扩散形 成铁磷 固溶 体 ， 产生 了显著 收固溶强 化作用 · 而磷 的 固溶 强化效应 比起其它 合 金 元素如 、 、 、 。 等都要 强得 多 ， 。 ② 由于磷有缩 小 一 相 区的 作用 ， 使铁基材 料保持在 一 相 ’ 区或 一 。 一 两相 区烧结 。 大大强 化了烧结 时的扩散过 程 ， 因而加 速 了铁 摧 材 料的孔 隙球化效 应 和 致密 化过 程 。 ⑧ 由干磷的加入 将产生少量 的共晶液相 ， 也对 烧结致 密 化过程 起 到 了促 进作用 。 在铁碑碳合 金中 ， 碳 也是 一个 强 化元素 ， 碳 的 强 化作 用主 要是通 过 在 烧 结 时溶入 奥氏 体 ， 而在冷却时形成珠光体组织来实现的 。 在 粉末冶金材料中 ， 影 响韧 性和脆 性的 主要 因素有三 个 基体的塑 性 ， 晶粒 的大小和孔 隙的数 量 、 形状 及 分布 。 凡是 基体塑 性好 ， 晶粒 细 小 ， 孔 隙度 小 ， 孔 隙形状接 近 球形 并且 分 布均 匀的材料 ， 其 冲击 值 高 。 在铁磷 合 金 中 ， 随磷 含量 增 加 ， 一方面 使基 体产 生 固溶 强 化 ， 降低 了塑 性 ， 但 另一方面 却 又有利于孔 隙球 化 ， 促 使收缩 ， 减少孔 隙的数量 。 这 说 明磷 含量 的增 加 ， 对合 金 的 冲击 韧 性既有好 的 影 响 ， 也有不 利的影响 。 当磷 含量 由 增至 时 ， 其 冲击 韧 性随磷 含量 的 增加而提 高 。 当磷 含量超 过 时 ， 则 冲击 韧 性有所降低 。 在铁磷碳 合 金 中 ， 碳 对 冲击韧 性的 影 响 是 多方面 的 。 随 含碳 量 的 增 加 ， 由于碳溶入 基体 中促使基体强 化 ， 因而 降低 了合 金的 塑 性， 加入 的石墨妨碍 了铁 粉颗粒 的 互相 直接接触 ， 阻 碍予烧结过程 的 进行 ， 不 利 于 致 密 化和孔 隙球化 ， 降低 了合 金 的 强度 和 塑 性 ， 在 合金 中不可 避免地存牲奢少量 的游 离石墨 ， 对 合金 的 力学性能有着缺 口 效应 。 所有这些都 使 合金 的 冲击 栩性下降 。 · 在铁磷 合金 的烧结过 程 中 ， 烧 结温度过高 ， 保温 时间过 一 长 ， 都促 使 晶粒 长大 ， 对冲击 韧

性有着不好的影响。 四、结论 1.Fe-P二元系或Fc-P-C三元系合金与Fc+2%Cu+0.7%C合金相比，具有较优越 的综合机械性能。 2.通过金相观察和显微硬度测定，证明含磷为0.3~0.6%的F-P二元系合金，在高 温时处于a-Fe+Y-Fe两相区烧结，当含磷量增加时，在两相区中的a-Fe相量随之增加。 当Fe-P二元系合金含磷量大于0.6%时，则基本在a-Fe单相区烧结。 3.Fe-P-C三元系合金在高温烧结时的相变与Fe-P二元系合金相似，但由于碳的加 入，使Y-Fe相区扩大，一般都处于a-Fe+Y-Fe两相区烧结。 Fe-P-C三元系合金经烧结并淬水急冷后得到的组织为铁素体+马氏体+孔隙+游离石 露。随含磷量增加，组织中的马氏体量增多，因而合金的硬度、强度提高，但韧性有所下 降。 F®-P-C三元系合金经烧结并随炉缓冷后得到的组织为铁素体+珠光体+孔隙+游离石 是。随含碳量增加，组织中的珠光体量增多，因而合金的硬度、强度提高，但韧性相应降低。 4.由于铁磷合金具有在a-Fe单相区或a-Fe+Y-Fe两相区烧结的特点，所以孔隙显 著球化，并且随含磷量的增加和烧结保温时间的延长，铁磷合金中的孔隙度逐渐减少，孔隙 球化愈来愈好。这就是铁磷合金具有良好的综合机械性能的主要原因。 5,随烧结温度的升高和保温时间的延长，铁磷合金的晶粒随之长大。并且当超过 1200℃的烧结温度时，合金的晶粒显著长大，从而导致冲击韧性明显下降。 结束语 本文是在过去的研究工作基础上，再进行了一些补充试验研究后写成的。进行补充试验 研究的有刘慧贞同志，过去参加本试验研究工作的有张丽英、苏鹏福、刘慧贞、魏延苹、吴 脊莲等同志以及潘宝林、呂庭云徐长存及芦淑芝同学。 参考文献 1,埃森科尔普（中.An3eHKo66):粉末冶金学术报告汇编。(1961.6.18） 2.谢行伟、E盘新、王金作等：Fe-C-Cu-P合金成分、烧结温度与其组织性能之 间的关系。(1964.7) 3.北京钢铁学院粉75工人班：结业试验总结报告(1976.8) 4.Introducing Hoganas Sponge Iron Phosphorus powder PNC30,PNC 45、PNC6o。Hoganas.AB PM Iron powder Infomation NO PM71-5。 5.The properties of a New extremely pure atomized Iron properties with a very high Compressibility。PM72-loHδganas AB。 42

性有著不好的影响 。 四 、 结论 一 二元 系或 一 一 三 元系 合 金 与 了 合金相 比 ， 具有较优越 的 综合机械性能 。 通 过 金相 观察和显微硬 度测定 ， 证 明 含磷 为 的 一 二元 系 合 金 ， 在高 温时处于 一 一 两相 区烧结 ， 当含磷 量 增 加 时 ， 在 两相 区 中的 一 相量随之增加 。 当 一 二 元 系 合金 含磷量 大于 。 时 ， 则基本在 一 单相 区烧结 。 一 一 三 元 系 合金在高 温烧结时 的相 变与 一 二元 系合 金相似 ， 但由于 碳 的加 入 ， 使 一 相 区扩大 ， 一般都 处于 一 一 两相 区烧结 。 一 一 三元系 合金经 烧结并淬水急冷后得 到的组 织 为铁素体 马 氏体 孔 隙 游 离石 墨 。 随 含磷量增加 ， 组 织 中 的 马 氏体量 增 多 ， 因而 合 金的硬 度 、 强度提高 ， 但韧性有所下 降 。 一 一 三元 系合金 经 烧结并随炉缓 冷后得 到 的组织 为铁 素休 珠光体 孔 隙 游离石 墨 。 随 含碳 量 增加 ， 组 织 中的珠光体量增 多 ， 因而 合金 的硬 度 、 强度提高 ， 但韧 性相应 降低 。 由于铁磷 合金 具有在 一 单相 区或 一 一 两 相 区烧结的特点 ， 所 以孔 隙显 著球化 ， 并且随 含磷量 的增加和 烧结保温 时 间的延 长 ， 铁磷 合金中的孔 隙度逐 渐减少 ， 孔 隙 球化愈来愈好 。 这 就是 铁 磷合金具有 良好的综 合机械性能的主 要原 因 。 随 烧结 温度的 升高 和 保 温时间 的延 长 ， 铁磷 合金 的 晶粒随 之 长大 。 并且 当超 过 ℃ 的 烧结温度时 ， 合金 的 晶粒显著长大 ， 从而 导 致冲击韧 性明显 下降 。 结 束 语 本文是 在过去的研究工作基础 上 ， 再 进行 了一些 补充试验研究后 写成 的 。 进 行 补充试验 研究的有刘慧 贞同志 ， 过去 参加本 试验研究 工作的有张丽英 、 苏鹏 福 、 刘 慧 贞 、 魏延苹 、 吴 青莲等同志 以 及潘宝林 、 吕庭云 徐长存及芦 淑芝 同学 。 参考文献 埃 森科尔普 中 ‘ 。 粉末 冶 金学术 报告汇编 。 谢 行伟 、 王盘 新 、 王 金 华等 一 一 一 合金成 分 、 烧 结温 度 与其组 织性 能 之 间的关系 。 北京钢铁学院粉 工人班 结业 试验 总结报告 且 、 、 。 直 一 。 。 一 直

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刘传 习 、 张 丽英 、 赖和 怡 铁磷合金 化的研究 。 年 月 刘传 习 、 张 丽 英 、 苏鹏 福 、 赖和 怡 、 金家敏 一 一 三 元 系 合金的 研 究 。 凭 一 ， ， 王 、 · 一 。 ， 〔 。 。 、 。 ， ， 汤

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