高密度铁基粉末冶金制品制备关键技术研究
针对我国高品质粉末冶金铁基材料制备技术较薄弱的问题,在高品质铁基粉末和高性能铁基制品制备技术方面取得了突破。以 LAP100.29 水雾化铁粉作为高密度低合金粉末基粉,添加母合金粉末、增塑剂经塑化处理后,再添加专用润滑剂和石墨进行混合。首先将水雾化铁粉及合金粉末进行粒度搭配,提高堆积密度;然后通过粉末结化处理,提高混合粉末的流动性、合金成分均匀性;接着通过粉末塑化处理,改善铁粉颗粒整体塑性,从而获得了具有高压缩性的专用高密度成形粉末(图 7)。合批粉末的松比为 3.2~3.4g/cm3,流动性≤30s/50g,压缩性≥7.6g/cm3,粉末显微组织如图 2 所示。在混粉阶段,设计制作了 5 吨/h 专用连续式混合装置(如图 6 所示),通过软化处理的复合粉末及粘结剂、石墨等的定量供给和高效混合,合批制成高密度专用粉末,从而实现粘结化粉末的连续、稳定的批量化生产。图 1 连续式混粉装置图 2 水雾化铁粉和预处理后粉末显微组织基于粉体塑性特性和改性原理,通过优化粉体粒度组成、改善粉体塑性变形能力,再结合高密度成形技术制备出高密度铁基制品。首先将水雾化铁粉及合金粉末进行粒度搭配,提高堆积密度;然后通过粉末结化处理,提高混合粉末的流动性、合金成分均匀性;接着通过粉末塑化处理,改善铁粉颗粒整体塑性,从而获得了具有高压缩性的专用高密度成形粉末。在混粉阶段,设计制作了连续式混合装置,通过软化处理的复合粉末及粘结剂、石墨等的定量供给和高效混合,实现粉末的连续、稳定的批量化生产。压制过程中,采用多模板多缸联动和计算机自动精确控制技术,提高压坯密度均匀性; 通过模壁润滑,降低粉末颗粒与模壁之间的外摩擦力,提高了压坯密度及其均匀性。采用高密度成形技术制备出密度为 7.5~7.55g/cm3 的高密度铁基制品,其抗拉强度、延伸率和疲劳强度都比普通铁基材料显著提高,具有综合力学性能优异,尺寸精度高,使用寿命长等优点,如图 8 所示。开发的高密度粉末冶金同步器系列及链轮系列等产品,已经通过了吉利集团、湖州求精、德尔福等公司的供货评审,目前已形成批量供货,项目期内实现产值 860 万元,利税 120 万元,如图 2 所示。建立了年产 5000 吨高密度铁基制品生产线,如图 4 所示。图 3 高密度铁基制品的拉伸曲线和疲劳性能图 4 典型的高密度铁基制品利用 δ 相烧结制备出接近全致密(>99.9%)的铁基软磁零件。利用加 P 液相烧结,大幅度降低了烧结温度,缩短烧结时间。在 1200C 烧结 2 小时,Fe-0.8%P 的相对密度可以达到为 98.5%。制备的铁基软磁材料的烧结致密度≥96%;磁导率(μm)≥6000,饱和磁感应强度≥1.6T,矫顽力≤110A/m。图 9 是烧结温度对高密度样品最大磁导率和矫顽力的影响规律。随着烧结温度的升高,高密度纯铁样品的磁导率提高,同时矫顽力下降;当烧结温度达到 1450°C 时,样品的磁性能有显著提高,如图 10 所示。升高温度可以进一步提高材料的致密度,并促经晶粒的长大完善,进而提高材料的磁性能,如图 11 所示。采用 HIP 和后续热处理工艺,制备出全致密的铁基软磁材料,能够进一步提高材料的磁性能。
北京科技大学
2021-04-13