Vol.28 No.4 刘卫华等：高碳钢凝胶注模成形工艺 ·363。 2.3烧结后制品的性能与显微结构 的成分为碳质量分数04%~0.8%，其他元素质 实验最终采用1200℃分解氨气氛烧结，保温 量分数0.2%，余量为铁.凝胶注模成形工艺制 1h,烧结后测得碳的质量分数为0.72%.图4~6 备的制品与普通粉末治金方法制备的制品的性能 分别为质量分数为89%烧结体表面形貌图、组织 比较见表1.可以看出，在相同材料成分的前提 形貌图及断面的SEM形貌图.由图4可以看出， 下，采用凝胶注模成形的样品可以得到密度超过 质量分数为89%的铁基烧结体内存在较均匀的 传统的粉末治金工艺的样品密度，而且具有较高 孔隙，其中孔隙的面积约为1%.图5是用3%硝 的强度和硬度.所以用凝胶注模成形工艺制备出 酸酒精浸蚀过的组织，可以看到组织由铁素体和 的铁基零件性能可以达到甚至超过普通粉末冶金 珠光体组成.图6中是断口组织在部分区域有 工艺 韧窝的出现，这些都与普通粉末治金烧结件类似. 图7是用凝胶注模成形工艺制得的复杂形状的高 碳钢制品 图7凝胶注模成形碳钢制品 s100μm Fig.7 Carbon steel parts with complex shapes made by gelcast- ing process 图4凝胶注模成形烧结制品表面形貌 表1两种成形工艺制品性能的比较 Fig 4 Microstruc ture of carbon steel by gelcasting Table 1 Properties of samples made by gelcasting 密度/ 工艺 抗弯强 抗拉强 HRB (g'cm-3) 度/MPa 度/MPa 普通粉末冶金 6.8 ≥300 300 250 凝胶注模成形 6.9 400 410 56 20 um 3结论 通过配制高质量分数，低粘度的浆料，调整分 图5凝胶注模成形烧结制品组织形貌 散剂及有机物配比，制定最佳烧成制度，得到相当 Fig.5 SEMimage of carbon steel by gelcasting 于普通粉末治金方法制得的碳钢部件.真空烧结 气氛是合适的烧结气氛，可以实现所要求的碳含 量.实验制备了碳含量072%的碳钢，通过凝胶 注模成形工艺得到了相对密度91%，抗弯强度 400MPa,抗拉强度410MPa且性能优良的高碳钢 制品.此工艺制备的高碳钢的性能超过普通粉末 治金方法制备的高碳钢，并可以制成形状复杂的 金属制品 参考文献 图6凝胶注模成形烧结制品的断口 Fig.6 SEM image of the fractured section ofcarbon steel by gel- I]Omatete 00,Young A C.Janney M A.Gelcasting of alumi- casting na.J Am Ceram Soc.1991.74(3):612 [2 Gilissen R.Erauw JP,Smolders A,et al.Gelcasting:a near 对凝胶注模成形工艺得到的样品与传统的粉 net shape technique.Mater Des 2000.21(4):251 末治金工艺得到的样品性能进行了比较，材料 3 Dhara S.Kamboj R K.Pradhan M.Shape forming of ceram-2.3 烧结后制品的性能与显微结构 实验最终采用 1200 ℃分解氨气氛烧结, 保温 1 h, 烧结后测得碳的质量分数为 0.72 %.图 4 ～ 6 分别为质量分数为 89 %烧结体表面形貌图 、组织 形貌图及断面的 SEM 形貌图.由图 4 可以看出, 质量分数为 89 %的铁基烧结体内存在较均匀的 孔隙, 其中孔隙的面积约为 1 %.图 5 是用 3 %硝 酸酒精浸蚀过的组织, 可以看到组织由铁素体和 珠光体组成.图 6 中是断口组织, 在部分区域有 韧窝的出现, 这些都与普通粉末冶金烧结件类似. 图 7 是用凝胶注模成形工艺制得的复杂形状的高 碳钢制品 . 图 4 凝胶注模成形烧结制品表面形貌 Fig.4 Microstructure of carbon steel by gelcasting 图 5 凝胶注模成形烧结制品组织形貌 Fig.5 SEM image of carbon steel by gelcasting 图 6 凝胶注模成形烧结制品的断口 Fig.6 SEM image of the fractured section of carbon steel by gel￾casting 对凝胶注模成形工艺得到的样品与传统的粉 末冶金工艺得到的样品性能进行了比较[ 8] , 材料 的成分为碳质量分数 0.4 %～ 0.8 %, 其他元素质 量分数<0.2 %, 余量为铁 .凝胶注模成形工艺制 备的制品与普通粉末冶金方法制备的制品的性能 比较见表 1 .可以看出, 在相同材料成分的前提 下, 采用凝胶注模成形的样品可以得到密度超过 传统的粉末冶金工艺的样品密度, 而且具有较高 的强度和硬度 .所以用凝胶注模成形工艺制备出 的铁基零件性能可以达到甚至超过普通粉末冶金 工艺 . 图 7 凝胶注模成形碳钢制品 Fig.7 Carbon steel parts with complex shapes made by gelcast￾ing process 表 1 两种成形工艺制品性能的比较 Table 1 Properties of sampl es made by gelcasting 工艺 密度/ ( g·cm -3 ) 抗弯强 度/ MPa 抗拉强 度/ MPa HRB 普通粉末冶金 6.8 ≥300 300 50 凝胶注模成形 6.9 400 410 56 3 结论 通过配制高质量分数 、低粘度的浆料, 调整分 散剂及有机物配比, 制定最佳烧成制度, 得到相当 于普通粉末冶金方法制得的碳钢部件.真空烧结 气氛是合适的烧结气氛, 可以实现所要求的碳含 量.实验制备了碳含量 0.72 %的碳钢, 通过凝胶 注模成形工艺得到了相对密度 91 %, 抗弯强度 400M Pa, 抗拉强度 410 MPa 且性能优良的高碳钢 制品 .此工艺制备的高碳钢的性能超过普通粉末 冶金方法制备的高碳钢, 并可以制成形状复杂的 金属制品 . 参 考 文 献 [ 1] Omat et e O O, Young A C , Janney M A.Gelcasting of alumi￾na .J Am Ceram Soc, 1991, 74( 3) :612 [ 2] Gilissen R, Erauw J P, S molders A, et al.Gelcasting :a near net shape t echnique.Mater Des, 2000, 21( 4) :251 [ 3] Dhara S, Kamboj R K, Pradhan M .Shape forming of ceram￾Vol.28 No.4 刘卫华等:高碳钢凝胶注模成形工艺 · 363 ·