Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织与性能的影响

研究Fe含量对粉末冶金Cu-Fe合金显微组织及性能的影响。采用电火花等离子烧结、冷轧以及时效处理工艺制备4种不同铁含量(5%、10%、20%和40%,质量分数)的Cu-Fe合金。研究结果表明,随着Fe含量从5%(质量分数)增加到40%(质量分数),Fe相由离散球形分布演变为连续交错分布,Fe相尺寸从0.29μm增加到1.20μm;时效态的Cu-Fe合金的屈服强度从411.5 MPa提高到788.8 MPa,电导率从62.5%(IACS)降低到42.0%(IACS)。在以上结果的基础上,提出一种混合法则计算Cu基体、初级Fe相和次级Fe相对屈服强度的贡献,可较好地预测Fe含量高于10%(质量分数)合金的力学性能。

粉末冶金Ti-6Al-3Mo-1Zr钛合金的微观组织和力学性能

采用粉末冶金工艺制备出一种具有细小组织的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金,通过X射线衍射仪、扫描电镜及拉伸试验等研究了热压烧结温度对该合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:在烧结温度1000℃下制备的Ti-6Al-3Mo-1Zr合金具有细小组织和较优的力学性能,其原始β晶粒尺寸、α集束尺寸和α片层厚度分别为176μm、49μm和1.49μm,室温抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为895 MPa、823 MPa和12.7%,强化机制主要为固溶强化、Hall-Petch效应和α/β界面强化。由于Mo元素可降低钛合金的高温扩散系数,因此,Ti-6Al-3Mo-1Zr合金的原始β晶粒尺寸、α集束尺寸和α片层厚度均小于相同工艺条件下制备的Ti-6Al-4V合金,其室温及高温强度、加工硬化率和塑性均优于Ti-6Al-4V合金。

不同Mg/Li比对粉末冶金Al-Mg-Li合金显微组织及力学性能的影响

采用粉末冶金工艺和热挤压方法制备了Al-Mg-Li合金,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉伸试验机对合金的微观组织、断口形貌和力学性能进行了分析。研究了不同Mg/Li比(1.3、1.8、2.5)对合金在烧结态、挤压态和T6热处理态下的微观组织和力学性能的影响。结果显示,随着Mg/Li比的增加,烧结态合金的相对密度增加,表明Mg元素对烧结过程具有促进作用。对于挤压态Al-Mg-Li合金,随着Mg/Li比的增加,合金中含Mg的析出相逐渐增多,并聚集在晶界附近,力学性能得到了很大提高,抗拉强度由285 MPa增加至407 MPa。经T6热处理后,Al-Mg-Li合金的第二相主要由δ′相和T相组成,其中δ′相是主要的强化相,均匀分布在铝基体中,而T相在晶界处呈链状分布。研究表明,提高Mg/Li比可以提高Al-Mg-Li合金的抗拉强度和屈服强度,但延伸率可能会有所下降。T6热处理后Al-5Mg-2Li合金可达到抗拉强度532 MPa、屈服强度473 MPa、延伸率4.5%。

粉末冶金Ti-Al-Mo-Cr-Fe-B体系的组织与力学性能

采用粉末冶金技术制备Ti-Al-Mo-Cr-Fe-B合金,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、准静态拉伸测试和显微硬度测试等方法研究Mo、Cr、Fe含量对钛合金显微组织、烧结致密化和力学性能的影响。研究结果表明,所有合金均由α相、β相和金属间化合物组成,Mo、Cr、Fe的添加降低了钛合金体系在缓慢冷却过程中形成α相的倾向,增加了β相和金属间化合物的比例。其中,Ti-3A1-1.5Mo-4Cr-1Fe-0.1B的性能最优,其致密度、显微硬度、极限抗拉强度和伸长率分别为(99.29±0.06)%、438.40±13.69(HV)、(1124±119)MPa和(1.93±0.04)%。所有合金均以脆性断裂为主,其力学性能与残余孔隙率密切相关,孔隙率越高,合金强度和塑性越低。合金的致密化主要受到Cr、Fe原子快速扩散带来的综合影响,即快速扩散促进烧结致密化的积极效果与快速扩散导致孔隙形成的消极效果之间的交互作用。

铁铜基粉末冶金材料制动工况下的摩擦磨损性能

采用MM3000型摩擦磨损试验机,在7种连续制动工况下分别测试铁铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦性能和耐热性能,利用扫描电镜和能谱仪分析研究两种转速(等效半径线速度)下摩擦材料的磨损机理。结果表明:在线速度为19.40 m·s^(-1)时,随着面压增加,摩擦材料的动摩擦系数略有降低。在0.44 MPa面压下,动摩擦系数为0.267~0.312;在0.80 MPa面压下,动摩擦系数为0.258~0.308。在线速度19.40 m·s^(-1)、面压0.44 MPa、单位面积制动能量268 J·cm^(-2)的连续制动工况条件下,动摩擦系数波动较大,在其他工况条件下,动摩擦系数波动较小。随着制动能量的增加,7种连续制动工况下平均动摩擦系数在0.300~0.334之间,动摩擦系数均在0.250以上,无明显衰退现象,表明铁铜基粉末冶金摩擦材料具有较好的耐热性能。在线速度为19.40 m·s^(-1)工况下,铁铜基摩擦材料的摩擦磨损机理主要为磨料磨损及氧化磨损;在线速度为30.00 m·s^(-1)工况下,铁铜基摩擦材料的摩擦磨损机理主要为疲劳磨损及氧化磨损。

苛刻制动能量密度下铜基粉末冶金摩擦材料摩擦学行为

基于国家标准中高速列车200、340和400 km/h紧急制动参数,利用MM−3000摩擦磨损试验机,设计基于等制动能量密度、等压强的等效放缩实验,研究铜基粉末冶金摩擦材料配对铸钢在不同苛刻制动能量密度(157、446和616 J/mm^(2))下的摩擦学行为。研究结果表明:在157和446 J/mm^(2)制动能量密度下,材料平均摩擦因数稳定在0.250左右,制动效果较好;在616 J/mm^(2)制动能量密度下,材料平均摩擦因数从0.260迅速衰退至0.210,制动效果减弱;随着制动能量密度增加,摩擦材料亚表面存在成分与性能不同的摩擦层结构,其厚度先增加再减小,纳米压痕硬度逐渐减小,材料磨损机制发生了由犁削、黏着磨损到氧化磨损、疲劳磨损再到严重氧化磨损与剥层磨损的转变。

粉末冶金(SiCp+B_(4)C)/6061Al复合材料组织与性能研究

采用热等静压工艺制备了体积分数为40%的(SiCp+B4C)/6061Al复合材料,研究固溶时效处理对40%(SiCp+B_(4)C)/6061Al复合材料显微组织、热导率、线膨胀系数、力学性能和微屈服强度的影响。结果表明:热等静压法制备的铝基复合材料组织致密;热等静压态复合材料的平均线膨胀系数为13.1×10^(-6) K^(-1),热导率为165.3 W/(m·K);固溶时效态复合材料的平均线膨胀系数为13×10^(-6) K^(-1),热导率为146.4 W/(m·K);与热等静压态相比,固溶时效态复合材料的抗拉强度提高了88%,为477 MPa,抗弯强度为644 MPa,微屈服强度为236 MPa,具有较高的力学性能和尺寸稳定性。本文采用的材料设计方法与热等静压成形技术,为高品质高体积分数颗粒增强铝基复合材料低成本制造提供基础。

粉末冶金TC11钛合金的热等静压制备与高周疲劳性能研究

粉末热等静压(HIP)技术可以近净成形高性能钛合金复杂构件,在航空航天领域具有广阔的应用前景。采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了TC11预合金粉末,并对预合金粉末进行表征;在940℃/140 MPa/3 h条件下HIP成形了TC11坯体。采用OM、SEM、拉伸、冲击和旋转弯曲疲劳等手段对HIP坯体的显微组织和力学性能进行表征,研究了微气孔对HIP坯体疲劳性能的影响。结果表明,HIP坯体接近理论全致密,组织细小均匀,静力学性能接近甚至部分指标超越锻造合金,旋转弯曲高周疲劳强度(107周次)为590 MPa;空心粉形成的微气孔导致高周疲劳寿命呈现二重性,疲劳加载条件下,表面微气孔会优先成为裂纹萌生的位置,显著降低HIP坯体的高周疲劳寿命。

粉末冶金法制备高熵合金黏结相硬质材料研究进展

传统硬质材料黏结相Co在高温下易软化是限制其应用的重要因素,高熵合金的开发弥补了这一缺陷。高熵合金是由多种金属元素形成的固溶体,与Co相比进一步改善了硬质材料的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性能,在切削加工领域具有广阔的应用前景,逐渐成为金属材料的研究热点。本文对近年来粉末冶金法制备高熵合金黏结相硬质材料的研究进行综述,具体包括硬质材料基体、高熵合金粉末制备方法、高熵合金硬质材料的烧结方法和高熵合金对硬质材料的影响机制,并对存在的不足进行总结与展望。

粉末冶金制备22Cr-ODS合金的高温氧化行为研究

采用粉末冶金热等静压工艺制备了氧化物弥散强化FeCrAl合金,探究在1000℃空气环境中合金的高温氧化行为。通过X射线衍射、扫描电子显微镜等对合金在1000℃氧化不同时间后的氧化层表面成分、物相及截面成分、厚度等进行研究,结果表明:该工艺制备的22Cr-ODS合金在1000℃空气环境中能够形成完整致密的α-Al_(2)O_(3)表面氧化层,氧化10 h、25 h、50 h、100 h、200 h后氧化层厚度分别为0.52μm、0.91μm、1.42μm、1.47μm和1.76μm,合金内部晶粒未发生明显粗化,表明该合金具有良好的高温抗氧化性能和组织稳定性。

淬火温度对S590粉末冶金高速钢组织和性能的影响

采用等离子旋转电极雾化和热等静压法制备S590粉末冶金高速钢,分别在1050、1100、1150和1180℃进行淬火热处理,并经过一次550℃回火(1 h),一次−196℃深冷处理(4 h)和两次550℃回火(1 h),研究不同淬火温度对S590粉末冶金高速钢微观组织和力学性能的影响。结果表明:热处理后S590高速钢微观组织主要包括马氏体、M6C型碳化物和MC型碳化物。随淬火温度升高,碳化物逐渐溶入基体中,数量减少,基体晶粒尺寸变大。高速钢硬度和抗压强度随淬火温度升高呈上升趋势,1180℃淬火试样经后续热处理后,硬度可达HRC 67.8,抗压强度为3827 MPa;抗弯强度随淬火温度的升高先上升后下降,冲击韧性随淬火温度升高而下降,1100℃淬火试样抗弯强度达到最高,为5473 MPa;1050℃淬火试样冲击韧性最高,为76.9 J·cm^(−2)。综合考虑显微组织和力学性能,S590粉末冶金高速钢的最优淬火温度为1100℃。

铁基粉末冶金材料表面滚压致密化效果及组织演变

采用不同滚压压力对不同密度的Fe–2Cu–0.6C粉末冶金材料进行表面滚压加工,研究材料密度和滚压压力对致密化效果的影响。结果表明:滚压压力和材料密度是影响表面致密化效果的主要因素。随着滚压压力的增加,致密层厚度和表面硬度显著增加。材料密度对表面致密化效果的影响随着滚压压力的增加而减弱。当滚压压力较小时,致密层厚度和表面硬度随着材料密度的增加而增加;当滚压压力较大时,不同密度材料表面硬度和致密层厚度接近。滚压后表面层珠光体沿滚压方向弯曲,靠近表面的层片间距变小,部分区域层片发生扭折,出现波浪形,甚至部分渗碳体破碎断裂;铁素体细化,沿着滚压方向弯曲,在铁素体晶粒边界存在大量位错纠缠和位错墙。铁素体细化和珠光体变形为表面强化提供了有利的条件。

粉末冶金Fe-6.5wt.%Si高硅钢的热变形行为及组织演化

采用物理模拟手段研究了不同变形条件下粉末冶金Fe-6.5wt.%Si高硅钢的热变形行为,并利用金相显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了合金热变形过程中的组织演化。结果表明:基于Zener-Holloman参数和线性拟合方法建立的本构方程能够很好地预测合金的高温变形行为;基于动态材料模型构建的热加工图能够为合金的热变形提供适宜的工艺窗口;粉末冶金Fe-6.5wt.%Si高硅钢在高温变形时的主要软化机制为动态再结晶和动态回复。变形温度的升高和应变速率的降低有利于合金的再结晶形核和长大。变形后铁素体相形成<100>//ND和<111>//ND丝织构,且随着变形温度升高,<111>//ND织构增强。

《粉末冶金技术》2025年“增材制造金属材料的腐蚀与模拟计算”专刊征稿启示

金属增材制造(Metal Additive Manufacturing,MAM)因其高度的工艺灵活性、广泛的材料适用性和充分的材料利用率,自20世纪80年代增材制造的概念化开始,便受到了国内外各领域研究者的广泛关注。相较常规金属零部件制备方法,增材制造在产品研发、复杂结构制造和多材料集成制造方面表现出突出的优势,使其成为现代工业也必将是未来工业中的关键战略技术。历经四十多年的快速发展,MAM技术逐渐成熟,国内外已形成相关的标准,且已具备较大的市场规模。金属增材制造过程中,熔池内的瞬间温升快、冷却快、成分过冷度大,导致增材制造组织结构上存在非均匀的物理、化学特性,并且不可避免地存在微孔隙与裂纹,这些使得增材制造金属面临着局部腐蚀风险,极大降低成形件的安全等级及服役寿命。因此,系统深入研究增材制造金属的粉材/丝材特性、打印工艺、组织特征和腐蚀行为之间的关联关系是非常必要的,对推动增材制造技术的工程应用具有重要意义。

国内粉末冶金闸片的发展现状与展望

粉末冶金闸片广泛应用于高铁、动车组列车、地铁等城市轨道交通中,是保证车辆安全行驶的核心零件。从学术、专利、产业化三个方向对粉末冶金闸片的国内研究现状进行了分析。在学术方面,系统分析了摩擦材料、摩擦性能、检修工艺的研究进展;在专利方面,对闸片的加工制造和结构展开了具体分析;在产业化方面,总结并分析了国内主要粉末冶金闸片生产公司的发展。从以上三个方面概述了国内在粉末冶金闸片领域的进展情况及目前所存在的问题,并针对相关问题提出可行的解决方法。最后,针对目前的研究现状,从新型闸片研究、极端条件产品开发、促进专利开发及产业化发展等方面对粉末冶金闸片的发展前景进行了展望。

退火温度对粉末冶金Ti-2Mn-2Sn-0.1B合金组织和力学性能的影响

粉末冶金工艺在生产成本、成分设计自由度等方面具有显著优势,是制造低成本高性能钛合金的有效途径。本文采用粉末冶金技术制备Ti-2Mn-2Sn-0.1B合金,研究退火温度对合金组织和力学性能的影响。结果表明:Ti-2Mn-2Sn-0.1B合金均由α、β和TiB相组成,与未退火合金相比,750℃退火合金中β相含量增加,850℃退火合金中析出片状和针状α′相,950℃退火合金中α相和β相呈层状分布。合金均以韧性断裂为主,其中950℃退火合金力学性能较好,层状分布的α相与β相能够提供良好的强化和硬化效果,显微硬度(HV)、极限抗拉强度和伸长率分别为335±16、(803±4)MPa和(11.3±2.2)%。

磷、碳质量分数对粉末冶金高锰无磁钢组织与性能的影响

在高锰钢合金粉中添加不同质量分数Fe3P粉和石墨粉,采用压制烧结方法制备Fe–Mn–P–C无磁钢平衡块零件,研究了磷、碳含量(质量分数)对高锰无磁钢组织与性能的影响,并比较了Fe–Mn–P–C高锰钢与Fe–Mn–Cu–C高锰钢的性能。结果表明:添加Fe3P粉到高锰钢粉末中可以制备出组织均匀的无磁高锰钢。烧结件的密度和硬度随Fe3P添加量的增加而增大,当添加Fe3P质量分数超过2%之后,烧结件的密度基本保持不变;添加质量分数3%Fe3P的烧结件硬度最大,达到HRB 95左右。添加Fe3P质量分数小于1%的烧结件呈现无磁特性,添加Fe3P质量分数为2%时,烧结件呈现弱磁特性,添加Fe3P质量分数为3%时,烧结件呈现强磁特性。烧结件的密度和硬度随着石墨添加量的增加而增大,添加质量分数0.30%石墨时,烧结件的密度超过7.30 g·cm^(-3);石墨添加量小于0.30%时,烧结件呈现无磁特性;石墨添加量为0.60%时,烧结件呈现弱磁特性;石墨添加量超过0.75%时,烧结件呈现强磁特性。与Fe–Mn–Cu–C高锰钢相比,Fe–Mn–P–C高锰钢的密度相对较低,硬度和磁性与Fe–Mn–Cu–C高锰钢相当,但力学性能均优于Fe–Mn–Cu–C高锰钢。

近海风力发电用铜基粉末冶金摩擦材料研究进展

近海风力发电机组制动具有“三高”(高速、高力矩、高压力)和“一特殊”(海洋水雾、盐雾腐蚀环境)的特点,铜基粉末冶金材料因具有组织均匀、导热性好、耐磨性高、摩擦系数稳定等优点,可应用于近海风力发电的摩擦材料。本文综述了近年来铜基粉末冶金摩擦材料在成分组元、制备工艺以及仿真模拟等方面的研究进展,其中铜基粉末冶金材料的成分组元主要包括基体组元、润滑组元和摩擦组元,其制备工艺主要采用传统热压烧结和放电等离子烧结,同时概述了材料在制动过程中温度场和应力场的仿真模拟,最后展望了铜基粉末冶金摩擦材料的发展前景。

电动汽车对中国粉末冶金市场和应用的机遇与挑战

经过30多年的发展,中国已经成为粉末冶金零部件生产的强国。随着汽车工业的转型,新能源汽车占据的汽车市场份额越来越多,由于粉末冶金零部件行业对传统内燃机汽车的高度依赖性,因此汽车工业的转型对粉末冶金行业是一个巨大的挑战。中国拥有一个巨大的粉末冶金市场,粉末冶金在中国的应用也是多元化的。新能源汽车的快速发展既是一个挑战,但也将为粉末冶金零部件行业带来新的发展机遇。东睦新材料集团曹阳教授和昆山耀德企业咨询的邱耀弘博士分析了中国粉末冶金零部件行业的发展和现状、中国汽车工业的发展趋势及新能源汽车对粉末冶金行业的影响,为粉末冶金行业应对汽车工业转型提供策略,并对未来粉末冶金行业的发展进行了展望。

电动工具用粉末冶金手紧丝母模具设计

电动工具用粉末冶金手紧丝母外形复杂。通过对手紧丝母产品结构、成形工艺认真分析,结合三维设计软件和实际生产实践,找出合理模具结构和尺寸。压制产品经高温烧结后,产品密度和尺寸均达到设计要求,检测中心与客户检测合格。批量生产电动工具用粉末冶金手紧丝母产品,采用30 t机械压机压制,压机模架结构为上二下二。在其他模具不变情况下,整体成形上冲压制产品在生产5000~7000件时开裂报废。安装成形上外冲和成形上内冲压制产品,生产100000~120000件手紧丝母,模具磨损,需要修复。使用成形上外冲和成形上内冲方案,模具使用寿命提高,减少生产成本,生产出来的电动工具用粉末冶金手紧丝母完全达到了产品设计要求。