·678· 工程科学学报，第38卷，第5期 温压成形网、高速压制阿等.其中粉末高速压制以其 锤头 具有压制生坯密度高、密度分布均匀以及产品综合性 能优异的特点而备受青睐0.本文以雾化铁粉为原 料，利用粉末退火结合高速压制技术制备出密度为 7.70g·cm3的高密度压坯，系统研究烧结温度和烧结 上模 时间对高密度压坯纯铁材料微观组织和磁性能的影 响，制备得到密度p=7.85gcm3,最大磁导率达到 13.60mHm,饱和磁感应强度为1.87T,矫顽力为 56.5A·m的纯铁软磁材料. 模具 1 实验 下模冲 实验采用水雾化铁粉，铁粉粒度范围如表1所示. 压力传感器 将铁粉在管式炉中进行氢气气氛700℃退火处理2h, 然后随炉冷却（冷却速度大约为5℃·minl),冷却到 室温后取出.经过破碎、研磨及过147um(100目)筛 图1HYP35-2型高速压机 子得到退火铁粉. Fig.1 Schematic diagram of a HYP35-2 high velocity compaction machine 表1铁粉的粒度范围 Table 1 Particle size range of iron powder 对于退火Fe粉，压坯密度随压制速度的增加而增加 粒度/m≤45 45~7575~106106~150≥150 在6.2ms的压制速度下，退火Fe粉的生坯密度为 比例/%22 27.1 28.9 18.4 3.4 7.26gcm3;当压制速度增加到9.4ms时，退火铁 粉的压坯密度为7.70gcm3. 退火铁粉在瑞典Hydropulsor AB公司生产的 HYP35-2型高速冲击成形压机上进行压制.图1为 77 HYP35-2型高速压机原理图.其压制形状为25mm× 6mm的圆柱试样，压制能量按照下式计算： 7.6 E=Fxh. (1) 7.5 式中：h为锤头冲程，mm;E为压制能量，J:F=33.2 kN,为作用于锤头的液压驱动力.锤头冲击速度公式 7.4 如下： 2E 7.3 =A m (2) 7.2 式中，为压制速度，m为锤头质量.对于HYP35-2型 60 6.57.07.58.08.59.09.5 高速压机来说，m=42kg,压制速度取6.2~9.4ms1, 压制速度m·、) 图2退火粉末高速压制密度曲线 压制过程中使用模壁润滑，硬脂酸锂的丙酮溶液作为 Fig.2 Green density of annealed powder during HVC 润滑剂. 将d25mm×6mm的圆柱形状的压坯切成d25mm× 2.2烧结温度对显微组织与磁性能的影响 中l5mm×6mm圆环形状的试样，并对其进行烧结，氢 将高密度纯铁样品在不同温度下烧结1h,图3为 气作为保护气体，将压制坯体试样在1200、1300、1400 烧结温度对高密度纯铁样品密度和B4和H.的关 和1450℃进行烧结.利用MATS-2010SD软磁直流测 系.从图中可以看出：当烧结温度为1200℃时，烧结体 量装置测试样品的软磁性能，包括饱和磁感应强度 密度达到7.71g·cm3:当烧结温度继续提高到 B,、最大磁导率以m、初始磁导率4、矫顽力H等，且um 1400℃，其密度几乎保持不变：继续提高烧结温度到 和H。是由最大磁场为6kA·m时磁滞回线得到的，得 1450℃，其密度可以在较短的时间内达到7.83g· 到的最大磁感应强度称为Bo cm3.这是由于当温度升高到1400℃以上时，8相的 产生使高温下原子扩散激活能较高，以及在相变点之 2结果与讨论 上烧结的Hedvall效应（随着相变温度附近的晶格松 2.1生坯密度与压制速度的关系 弛而扩散加速现象)等的综合结果，样品的烧结密度 图2为退火Fe粉在不同压制速度下的压坯密度. 会在较短时间内迅速提高，接近全致密.Bo是一个工程科学学报，第 38 卷，第 5 期 温压成形［9］、高速压制［5］等． 其中粉末高速压制以其 具有压制生坯密度高、密度分布均匀以及产品综合性 能优异的特点而备受青睐［10--11］． 本文以雾化铁粉为原 料，利用粉末退火结合高速压制技术制备出密度为 7. 70 g·cm － 3的高密度压坯，系统研究烧结温度和烧结 时间对高密度压坯纯铁材料微观组织和磁性能的影 响，制备得到密度 ρ = 7. 85 g·cm － 3，最大磁导率达到 13. 60 mH·m － 1，饱和磁感应强度为 1. 87 T，矫顽力为 56. 5 A·m － 1的纯铁软磁材料． 1 实验 实验采用水雾化铁粉，铁粉粒度范围如表 1 所示． 将铁粉在管式炉中进行氢气气氛 700 ℃ 退火处理 2 h， 然后随炉冷却( 冷却速度大约为 5 ℃·min － 1 ) ，冷却到 室温后取出． 经过破碎、研磨及过 147 μm ( 100 目) 筛 子得到退火铁粉． 表 1 铁粉的粒度范围 Table 1 Particle size range of iron powder 粒度/μm ≤45 45 ～ 75 75 ～ 106 106 ～ 150 ≥150 比例/% 22 27. 1 28. 9 18. 4 3. 4 退 火 铁 粉 在 瑞 典 Hydropulsor AB 公 司 生 产 的 HYP35--2 型高速冲击成形压机上进行压制． 图 1 为 HYP35--2 型高速压机原理图． 其压制形状为 25 mm × 6 mm 的圆柱试样，压制能量按照下式计算: E = F × h． ( 1) 式中: h 为锤头冲程，mm; E 为压制能量，J; F = 33. 2 kN，为作用于锤头的液压驱动力． 锤头冲击速度公式 如下: v = 2E 槡m ． ( 2) 式中，v 为压制速度，m 为锤头质量． 对于 HYP35--2 型 高速压机来说，m = 42 kg，压制速度取 6. 2 ～ 9. 4 m·s － 1， 压制过程中使用模壁润滑，硬脂酸锂的丙酮溶液作为 润滑剂． 将 25 mm × 6 mm 的圆柱形状的压坯切成 25 mm × 15 mm × 6 mm 圆环形状的试样，并对其进行烧结，氢 气作为保护气体，将压制坯体试样在 1200、1300、1400 和 1450 ℃进行烧结． 利用 MATS--2010SD 软磁直流测 量装置测试样品的软磁性能，包括饱和磁感应强度 Bs、最大磁导率 μm、初始磁导率 μi、矫顽力 Hc等，且 μm 和 Hc是由最大磁场为 6 kA·m － 1时磁滞回线得到的，得 到的最大磁感应强度称为 B6000 ． 2 结果与讨论 2. 1 生坯密度与压制速度的关系 图 2 为退火 Fe 粉在不同压制速度下的压坯密度． 图 1 HYP35--2 型高速压机 Fig． 1 Schematic diagram of a HYP35--2 high velocity compaction machine 对于退火 Fe 粉，压坯密度随压制速度的增加而增加． 在 6. 2 m·s － 1的压制速度下，退火 Fe 粉的生坯密度为 7. 26 g·cm － 3 ; 当压制速度增加到 9. 4 m·s － 1时，退火铁 粉的压坯密度为 7. 70 g·cm － 3 ． 图 2 退火粉末高速压制密度曲线 Fig． 2 Green density of annealed powder during HVC 2. 2 烧结温度对显微组织与磁性能的影响 将高密度纯铁样品在不同温度下烧结 1 h，图 3 为 烧结温度对高密度纯铁样品密度和 B6000、μm和 Hc的关 系． 从图中可以看出: 当烧结温度为1200 ℃时，烧结体 密 度 达 到 7. 71 g·cm － 3 ; 当 烧 结 温 度 继 续 提 高 到 1400 ℃，其密度几乎保持不变; 继续提高烧结温度到 1450 ℃，其 密 度 可 以 在 较 短 的 时 间 内 达 到 7. 83 g· cm － 3 ． 这是由于当温度升高到 1400 ℃ 以上时，δ 相的 产生使高温下原子扩散激活能较高，以及在相变点之 上烧结的 Hedvall 效应( 随着相变温度附近的晶格松 弛而扩散加速现象) 等的综合结果，样品的烧结密度 会在较短时间内迅速提高，接近全致密． B6000 是一个 · 876 ·