人工智能在粉末冶金制品开发与表征分析中的应用研究

随着科技的飞速发展,人工智能已成为推动工业创新的关键技术之一。在粉末冶金领域,人工智能的应用正逐步改变传统的产品开发与表征分析流程,然而这一领域的研发过程往往涉及大量的实验数据分析和复杂的材料性能预测。人工智能技术的引入,特别是机器学习和深度学习算法,能够高效处理和解析海量数据,加速新材料的设计与优化,提高产品质量和生产效率。本文旨在探讨人工智能在粉末冶金制品开发与表征分析中的重要性及具体应用,以期为相关领域的研究与实践提供参考。

有限元分析在铁基粉末冶金中的应用比较

铁基粉末冶金生产含有多个工艺道序,每一道序都会影响成品的性能,通过对粉末冶金各个道序引入有限元分析,可以为工艺制定提供理论指导,有效缩短研发周期。本文通过对常见的有限元分析软件进行分析比较,结合其在铁基粉末冶金领域中的应用,指出了各种有限元分析软件的特色和推荐应用工序。

粉末冶金烧结硬化凸轮材料的摩擦磨损性能研究

本研究将铁基Fe-Cr-Mo-Cu-Si-P-C粉末冶金材料用于组合烧结式粉末冶金中空凸轮轴的凸轮制备,使用MR-H5型高速环块磨损实验机进行摩擦磨损性能测试,并通过白光干涉形貌法对该凸轮材料在不同转速下的摩擦磨损性能进行研究。结果表明,凸轮材料烧结后密度可达7.5 g/cm3以上,硬度HRC达到53.7;材料的磨损状况与转速密切相关,在1 000--2 000 r/min转速范围内,磨损机制主要为磨粒磨损,随着转速提高,微凸体啮合程度不断降低,摩擦因数降低。磨损量则呈现先增加后减少的趋势。当转速达到3 000r/min时,以粘着磨损为主,材料磨损严重。在同样的实验条件下,该粉末冶金凸轮材料的磨损量仅为传统球墨铸铁凸轮材料的1/3,显示了优异的耐磨性。

润滑剂对Fe基粉末冶金材料温压工艺的影响

通过扫描电子显微镜观察和性能测试研究了硬脂酸锌、乙烯基双硬脂酰胺(ethylene bis stearamide,EBS)、复合润滑剂以及压制温度对Fe基粉末冶金材料温压工艺的影响规律。结果表明:当润滑剂加入量(质量分数)超过0.4%后,Fe基粉末的流动性和松装密度均随润滑剂加入量的增加而降低,其中加入单一EBS润滑剂的影响更大。添加润滑剂后增加了Fe基粉末冶金生坯的致密度,其中添加硬脂酸锌和复合润滑剂的Fe基粉末冶金生坯断口颗粒间结合更为紧密。润滑剂对提高Fe基粉末冶金试样生坯密度、烧结密度及抗弯强度的作用顺序为复合润滑剂>硬脂酸锌>EBS,Fe基粉末冶金材料的密度和力学性能均随温压温度的升高而增加。在最佳润滑剂加入量0.4%时,120℃温压Fe基粉末冶金试样密度比室温压制Fe基粉末冶金试样的密度提高了0.14~0.21 g/cm^3,硬度和抗弯强度提高了40%~65%。

粉末冶金Mg-6Al-xZr合金的组织与力学性能

采用机械合金化和粉末冶金技术制备了Mg-6Al-xZr(x=0、3、6、9)(质量分数)合金,研究了Zr含量对合金微观组织以及力学性能的影响。结果表明:550℃烧结态合金的组织由Mg基体、Zr以及Mg17Al12相组成,同时存在大量微孔;随着Zr含量的升高,Mg基体晶粒尺寸以及孔隙均变小,合金显微组织细化;合金的硬度和抗弯强度随Zr含量的增加而提高;650℃复烧后Al元素向Zr颗粒内部扩散并生成中间相Al3Zr,合金的力学性能进一步提高。

预扩散处理对原位生成TiC_p/Fe基粉末冶金复合材料组织与性能的影响

将水雾化Fe粉与Ni粉、Mo粉、Ti粉混合均匀,然后在800℃、50%H2＋50%Ar（体积分数）气氛保护下进行预扩散处理,将预扩散粉与电解Cu粉和石墨粉混合,通过压制与烧结,制备Ti C颗粒增强Fe基复合材料。通过X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析和力学性能测试等手段,研究预扩散处理对原位生成Ti Cp/Fe基粉末冶金材料组织与性能的影响。结果表明：Fe-Ni-Mo-Ti混合粉在800℃下预扩散处理后形成表面粗糙的团球状预扩散粉末颗粒,但合金元素在Fe粉颗粒内分布不均匀。与用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料相比,用预扩散粉制备的材料孔隙率略有增加。随预扩散时间延长,材料中富Ti区的尺寸减小,组织明显细化,珠光体分布更均匀,同时形成大量弥散分布的粒径在0.1-0.5μm的Ti C颗粒。材料的硬度和抗弯强度都随原料粉预扩散时间延长而提高,用60 min预扩散粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料的硬度HRB和抗弯强度分别达到63.6和613.7 MPa,比用混合粉制成的Ti Cp/Fe基复合材料分别提高11.8%和38.3%。用预扩散粉末制备的Fe基复合材料的断裂形式为具有一定韧性断裂特征的脆性断裂。

粉末冶金组合烧结中空凸轮轴的组织与性能

采用粉末冶金组合烧结技术制备由Fe-Cr-Mo-P-Si-Cu-C凸轮和16Mn钢管为芯轴组成的中空凸轮轴,对凸轮的密度、硬度等物理性能、摩擦磨损性能和微观组织进行测试与分析,研究烧结致密化机理,并与传统凸轮材料球墨铸铁的摩擦磨损性能进行对比。结果表明:Fe-Cr-Mo-P-Si-Cu-C凸轮材料在烧结过程中产生Fe-C-P三元液相,Cr、Mo元素溶解于液相中使得液相量显著增加,促进液相烧结,体积收缩率高达19.1%。凸轮材料的平均密度为7.51 g/cm3,平均硬度(HRC)53.7,与钢制芯轴形成牢固的冶金结合,扭矩高达1 150 N·m,连接可靠性较好;该凸轮材料的硬度与传统球墨铸铁凸轮材料相近,耐磨性是球墨铸铁的3倍,质量减轻35%,满足发动机使用要求。

Ti、石墨含量对铁基粉末冶金烧结材料的组织与性能影响

本文以雾化铁粉、羰基镍粉、钼粉、电解铜粉、钛粉及石墨粉为实验原料,在Fe-2%Ni-0.5%Mo-2%Cu-0.3%C基础上,按Ti和C原子比1∶1同时添加Ti和石墨(Ti的添加量为质量分数0～4%),利用粉末冶金与原位烧结合成技术制备了TiC颗粒增强铁基粉末冶金烧结材料,并用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了实验材料的显微组织及性能。研究结果表明:实验粉末冶金烧结材料的组织主要为珠光体、铁素体及贝氏体。随着Ti加入量的增加,珠光体含量增多,且珠光体片间距更细小,而铁素体及贝氏体组织逐渐减少。原位合成的TiC颗粒尺寸约在0.3μm,主要分布在珠光体晶粒边界处。随Ti加入量的增大,材料的表观硬度提高,而抗弯强度和密度下降。断口形貌没有表现出明显的塑性变形,属于脆性断裂。

ICP-AES测定粉末冶金材料中钨、钼等八种元素

用硝酸、高氯酸和氢氟酸溶解样品,在0.025 mol·L^-1EDTA介质中,采用一种标准溶液,用ICP-AES光谱法测定样品溶液中Ni,Cu,V,Mn,W,Mo,Co,Cr的含量。研究了基体和共存元素对分析元素光谱的影响,选择合适的波长,测定了分析结果的精密度,方法的检出限和回收率,结果表明,分析方法有很低的检出限,样品分析结果的相对标准偏差小于1%,加入回收率在98.2%-101.6%,方法准确、可靠、简便、快速,满足生产要求。

粉末冶金铁基阀板在烧结过程中的变形规律

利用粉末冶金法制备制冷压缩机用铁基阀板,研究阀板在生产过程中几何尺寸及平面度的变化规律。结果表明:烧结和整形工序使阀板的长度和宽度增加,阀板的厚度减小,长度和宽度的最大增加值分别为0.14mm和0.17mm,厚度最大缩小值为0.08mm,阀板的几何尺寸可以通过预成型来控制;烧结工序是导致阀板平面度增加的主要因素,烧结使阀板平面度的最大值为0.18mm,整形使阀板的平面度控制在0.04～0.08mm,仍不能满足使用要求。

铁基粉末冶金阀板制备过程中的变形规律

采用粉末冶金法批量生产了用于制冷压缩机的铁基粉末阀板,研究了阀板在预成型、烧结、整形等工序中的几何尺寸和平面度变化情况。结果表明:在整个生产工序中阀板尺寸最大变化量为长度+0.18 mm,宽度+0.125 mm,厚度-0.04 mm;从预成型到烧结阀板的平面度最大变形量为+0.09 mm,从烧结到整形后阀板的平面度最大变形量为:-0.10mm:烧结工序是阀板生产过程中产生变形的主要因素。

粉末冶金汽车同步器齿毂模具改进设计

基于粉末冶金多台阶压坯密度均匀分布的原则,设计一套粉末冶金汽车同步器齿毂精密成形模具,该模具设计克服原有的设计缺陷,可以实现无切削加工,并能很好地改善粉末冶金压坯的密度分布。分析表明,该模具改进技术在现有的"上二下三"模架压机上有着广泛的应用前景。

装炉方式对铁基粉末冶金阀板烧结变形的影响

采用粉末冶金法批量生产用于制冷压缩机的铁基阀板,研究其在不同装炉方式下烧结、整形工序中平面度的变化情况。结果表明:阀板最佳摆放顺序为凹槽相对并彼此错开,其平面度分别为,烧结后0.14mm,整形后0.07mm;最佳摆放位置为中间放置,最佳装炉量为单排装炉,其平面度均为,烧结后0.23mm,整形后0.06mm;最佳装炉方式为阀板入炉时只装一排,放在炉子正中间,板与板之间的凹槽相对并彼此错开摆放,经此方式烧结后的阀板平面度为0.14mm,整形后可减小到0.07mm,与普通同类产品相比平面度减小30%左右。

表面等离子W-Mo合金化对粉末冶金齿轮组织成分及耐磨性能的影响

目的通过表面等离子W-Mo合金化提高粉末冶金齿轮硬度与耐磨性能。方法采用双层辉光等离子表面冶金技术,在粉末冶金齿轮表层制备W-Mo合金层。通过扫描电镜和能谱仪分析合金层的表面形貌和化学成分,用显微维氏硬度仪测量基体与合金层的显微硬度,通过不同载荷下往复式摩擦磨损实验研究等离子W-Mo合金化对粉末冶金齿轮耐磨性能的影响。结果通过双辉等离子冶金技术在粉末冶金齿轮表面成功制备了W-Mo合金层,合金层与基体为冶金结合。经双辉等离子表面W-Mo合金化后的基体的平均显微硬度由之前的145.8HV0.1提升至344.4HV0.1,提升了约1.4倍。不同载荷下的摩擦磨损实验结果表明,经W-Mo合金化后,试样摩擦系数由0.6~0.7降至0.45~0.5左右,下降了约30%。随着载荷的增加,基体与合金层的磨损体积增加,比磨损率由基体的18.70×10^-5~36.16×10^-5mm^3/(N·m)降至合金层的2.99×10^-5~8.79×10^-5mm^3/(N·m),约下降74%~84%。基体存在磨料磨损和粘着磨损现象,而W-Mo合金层则表现出轻微的磨料磨损。结论 W-Mo合金层显著提升了粉末冶金齿轮的硬度和耐磨性。表面等离子W-Mo合金化为粉末冶金齿轮的表面强化工艺提供了新的技术思路。

粉末冶金Fe-Ni-Mo低合金钢的烧结硬化性能

以Fe-1.75%Ni-0.5%Mo雾化低合金钢粉为基础粉末,加入2%Cu和0.6%C,在600 MPa压力下模压成形,在1 120℃烧结30 min,制备Fe-Ni-Mo低合金钢材料,测试和分析该合金钢的硬度和抗拉强度以及显微组织;并利用热模拟实验机研究冷却速率(0.5、1.0、2.5、5和10℃/s)对该合金组织和性能的影响。结果表明:长片状烧结样品的硬度为85.4 HRB,抗拉强度为490 MPa,显微组织为珠光体/贝氏体+少量马氏体。烧结硬化处理后,合金硬度和压缩屈服强度随冷却速率增加而增加。圆柱状试样的硬度和压缩屈服强度分别为97.3 HRB和511 MPa,冷却速率为2.5℃/s时,合金的金相组织主要由大量马氏体和少量珠光体/贝氏体组成,表现出较明显的烧结硬化。随着冷却速率进一步增加,马氏体含量增加,但增加幅度不大,因此硬度和强度的增加幅度较小。

粉末冶金压缩机缸盖的研制

介绍了粉末冶金压缩机缸盖的研制过程。重点讨论了密度、烧结温度以及蒸气处理对抗拉强度的影响。利用高温蠕变现象来调整产品的平面度和平行度。采用一次压制。

粉末冶金表面滚压致密化链轮工艺的开发

粉末冶金零件以其近终成形、成本低、效率高的优势在汽车行业得到了广泛的应用。但是由于粉末冶金零件表面存在大量的空隙,严重影响了其强度、硬度和耐磨性等性能,使其在某些重载工况中达不到要求,从而限制了其在汽车行业的应用。本文论述了一种粉末冶滚压金表面致密化链轮工艺,通过将粉末冶金技术和滚压致密化技术结合在一起,减小粉末冶金零件表面的空隙,在零件表面形成一层均匀的致密层,而提高其强度、硬度和耐磨性等性能,从而扩大其应用范围。

B_4C对M3:2粉末冶金高速钢组织与力学性能的影响

本文以水雾化M3:2高速钢预合金粉末为原料,添加适量碳化硼(B_4C)粉末颗粒,球磨混合均匀后,经700 MPa单向压制,1190℃和1230℃真空烧结,制备出了综合性能优良的粉末冶金高速钢(powder metallurgy high-speed steel,PM HSS)材料。通过示差扫描量热分析仪(differential scanning calorimeter,DSC)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、电子探针显微分析仪(electro-probe microanalyzer,EPMA)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和万能材料试验机等对烧结粉末冶金高速钢进行物相分析、显微结构观察和力学性能测试。结果表明,当添加体积分数为0.3%B_4C时,M3:2粉末冶金高速钢的最佳烧结温度可降低约40℃;1190℃烧结温度下,添加体积分数为0.3%B_4C的粉末冶金高速钢硬度为HRC 54.1,抗弯强度3074.09 MPa,与达到致密化时未添加B_4C的粉末冶金高速钢相比,硬度提升3.6%,抗弯强度提升10.5%。加入的B_4C粉末颗粒除了发挥烧结助剂的作用和降低烧结温度外,还会参与合金化,增强材料力学性能。

Cu含量对粉末冶金AlCuMgSi合金性能的影响

摘要：用金属Al粉、Cu粉、Mg粉和Al-Si粉为原料，采用液相烧结法制备Cu含量（质量分数，下同）为0~6．O％的AlCuMgSi合金，研究Cu含量对AlCuMgSi合金组织与力学性能的影响，采用国外的Al-3．8Cu-1．0Mg-0．75Si粉末为原料，用相同的工艺制备Al-3．8Cu-1．0Mg-0．75Si合金作为性能对比试样。结果表明：在铝合金中添加Cu元素后，组织致密均匀，密度、硬度和抗拉强度等均显著提高。当Cu含量为4．0％时材料的性能最优，密度为2．72g／cm^3，致密度达到98．9％，硬度HB为64，抗拉强度为207MPa，伸长率为2．1％，与采用国外的Al-3．8Cu-1．0Mg-0．75Si粉末制备的材料性能相当。