2022年锰在粉末冶金材料中的应用.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 锰在粉末冶金材料中地应用罗述东1 , 李祖德2 , 赵慕岳1 , 易健宏11. 中南高校粉末冶金国家重点试验室 , 2. 北京市粉末冶金讨论所 , )摘要: 锰是重要地工业原料 , 在粉末冶金材料中有广泛应用 . 该文概述锰在烧结钢、阻尼合金、铝合金、钛铝合金、钨基重合金、硬质合金等材料中地应用情形 地领域中 , 锰将具有宽阔地应用前景 . 1. 引 言. 可以预期 , 在提高粉末冶金材料性能与开发粉末冶金新材料名师归纳总结 元素锰地原子序数为25, 在周期表中位于第四周期, B 族, 属于过渡族金属 . 金属锰密度7.43 第 1 页,共 2
2、3 页g/cm 3, 性硬而脆 , 莫氏硬度 56, 致密块状金属锰表面为银白色, 粉末呈灰色1,2 . 锰元素在地壳中地含量约- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 0.085%, 在已知元素中占第十五位, 在重金属中仅次于铁而居其次位3 . 锰资源丰富 , 价格廉价 . 元素锰早在 1774 年就被发觉 , 但是 , 在钢铁工业中地重要作用直到 1856 年创造底吹酸性转炉 , 以及1864 年创造平炉炼钢法之后 , 才为人们所熟悉 . 现在 , 锰作为有效而廉价地合金化元素 , 已成为钢铁工业中不行缺少地重要原料 . 约 90%锰消耗于钢铁工业 农业等
3、部门 4,5 . , 用量仅次于铁 , 其余 10%消耗于有色金属冶金、化工、电子、电池、锰及其化合物是生产粉末冶金材料地常用原料 .Benesovsky 和 Kieffer 于 1950 年第一熟悉到锰在粉末冶金材料中地重要性 . 此后 , 锰在粉末冶金工业中地应用逐步扩大 . 通过开发母合金技术和预合金技术 , 开发了含锰系列地高强度烧结钢 . 并且 , 在其它粉末冶金材料中作为主要组元或添加组元 , 发挥了重要作用 . 本文就锰在粉末冶金材料中地应用情形进行综述 . 2. 锰在高强度烧结钢中用作合金元素锰溶于铁素体中所产生地固溶强化作用 , 优于很多合金元素 强化作用递增次序:Cr W
4、VMoNi MnSi P). 利用这一特性 , 传统冶金工业生产了很多含锰地高强度低合金钢牌号 . 粉末冶金工作者借鉴这一体会 , 以锰作为添加剂开发出多种高强度烧结钢系列. 例如 , 按 ISO5755: 2000E)标准 , 铁基结构零件用镍钼名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 锰钢粉含有 0.1%0.6%Mn. Zapf,Hoffman 和 Dalel 于 1975 年对 Fe-Mn 和 Fe-Mn-C 合金进行了讨论 . 发觉锰含量 4% 6%时 , 合金拉伸强度达 550 600 MPa, 而复压复烧工艺可
5、达 650700 MPa.1970 年法国专利 French patent 2092027)和 1971 年英国专利 British Patent 1342388)说明 ,Fe-2%Mn-3%Cr合金地最大强度可达 800 MPa 6 . 将锰和硅作为合金元素同时添加地低合金烧结钢 , 表现出良好地强化成效和烧结尺寸稳固性 , 价格廉价 , 具有很强地竞争优势 7,8 .Klein 等报道 ,1250 保温 60 min 烧结地 Fe-3.2%Mn-1.4%Si-0.4% C 合金 , 拉伸强度达 8001000 MPa. 烧结铁和烧结钢主要用于制造机械零件 , 在挑选合金元素时 , 必需留意
6、到其对尺寸稳固性地影响 . 在一般情形下 , 加入硅会引起压坯在烧结时收缩 , 而加入锰就会引起压坯膨胀 . 同时加入锰和硅 , 能够较好掌握烧结体地外观外形和尺寸 9 .Klein 等测定了 5 种成分试样地尺寸变化 L/L 0, 发觉 Fe-2.0%Si-2.0%Mn 和Fe-2.0%Si-4.0%Mn 基本与纯铁相同 , 尺寸变化为 1.2%1.4% ;而 Fe-4.0%Mn较高 , 约为 1.7%;Fe-2.0%Si 较低 ,约为 0.7% 10 .Zhang 等列举了几种含镍、钼、铜、锰、硅烧结钢地力学性能合金元素地烧结钢具有很高地性能 . , 如表 1. 可以看出 , 同时添加锰和
7、硅名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - .alak 等发觉 , 烧结时锰升华并形成蒸气. 图 1 给出了 Fe-45%Mn-20%Si合金在 6001200条件下地锰名师归纳总结 蒸气压 . 在添加地锰足够多地情形下, 锰蒸气填充到压坯间隙中有效防止其它元素发生氧化12,13 , 并在铁颗粒表第 4 页,共 23 页面沉积 , 通过表面扩散、体积扩散等匀称渗入铁颗粒, 甚至颗粒中心 , 加快合金化速率14 .Klein等对 Fe-2.0%Si-4.0%Mn 试样进行观看 , 发觉有瞬时液相形成. 液相促使合金元素快速扩
8、散, 并可能克服母合金颗粒表面氧化物层地抑制作用, 使合金元素达到高度匀称化10 . 铬是钢中重要地合金元素. 铬对氧地亲和力极强, 通常预合金粉末表面均形成氧化层, 因而对烧结气氛要求极其严格 , 如氧分压应低于5 10-16 kPa. 可在这类合金中加入锰, 利用它与氧地结合才能强而改善合金- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 显微组织地匀称性;同时, 添加锰使材料系统中碳缺失削减, 增加烧结体中贝氏体和马氏体组织地含量. 结果 , 使材料地力学性能得以提高 15,16 . 将锰加入到烧结钢粉末原料中有 3 种方式:锰铁粉、含锰母合金粉和预合金粉 .母
9、合金技术是把几种组元熔炼成合金 , 破裂成粉体后 , 加入到铁基粉末中 . 继德国 GFE公司 1973 年 Stadles 专利之后 , 德国 Krebs.ge 开发了以复杂碳化物为基地母合金, 命名为 MCM和 MVM.采纳母合金方式地目地是降低粉末原料地氧含量 . 烧结钢中一般只加入 1%-2%母合金 , 带入地氧低于 200 10-68 . Schlieper 和 Thummler 讨论了加入 MCM和 MVM母合金地烧结钢 , 母合金加入量低于 2%.试样经复压复烧 , 密度为 7.27.3g/cm 3, 拉伸强度为 730MPa.所用合金元素很少 , 锰、钼、钒含量仅为 0.4%
10、8 . Zhang 等采纳母合金技术讨论了 Fe-Mo-Mn -Si-C 烧结钢地力学性能 17 . 在 H2-N2 混合气体中烧结 ,有瞬时液相显现 . 结果说明 , 随锰和硅含量增加 , 合金地拉伸强度、屈服强度和硬度上升 , 而延长率却下降 , 对0.7%C样品 , 当锰和硅含量从 0.55%增加到 2.2%时 , 拉伸强度、屈服强度和硬度分别从 610MPa、 450MPa和185HV10 上升到 970MPa、 700MPa和 330HV10, 而延长率却从3.2%降低至 1.3%.1982 年东北工学院宫声凯和杨宗坡名师归纳总结 发表了关于MCM母合金作用地讨论论文. 李萍和杨宗坡
11、等报道18,19 , 随着母合金含量从0%增加到 9%时,Fe-Mn-第 5 页,共 23 页Si-C 烧结钢地硬度从115HB单调上升至约256HB,冲击韧度就从23J/cm2递减到 5.6J/cm2, 而抗拉强度在添加6.5%母合金时达到最大值315 MPa. 作者认为 , 锰和硅元素固溶到基体当中, 表现出固溶强化作用. 同时 , 锰和硅- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 转变了烧结钢中贝氏体和马氏体形成地热力学条件, 导致其含量增加, 从而显著提高材料地抗拉强度. 徐润泽对Mn-Cu母合金进行了讨论 20 . 他指出 , 成分为 54.98%Mn
12、-42.62%Cu地母合金在 890 显现液相 . 含 1.29%Mn、0.8%Cu、0.5%C地粉末锻造钢 , 经 860油淬 ,350 回火 , 其抗拉强度、冲击韧度和硬度分别为 1150MPa、50.6J/cm 2 和 39.1HRC.预合金粉中合金元素匀称化程度高 . 美国粉末锻造用雾化钢粉含有少量锰:4600 为0.25%,2000 为 0.25%0.35%,1000 为 0.15%0.25%. 日本烧结锻造用合金钢粉锰含量为 1.9%3.2%.加拿大魁北克金属粉末公司开发地几种水雾化含锰低合金钢粉 , 具有很高地淬透性 , 适用于烧结硬化 . 含 0.4%0.5%Mn、0.4% 0
13、.5%Cr、0.85%0.95%Mo、1.05%1.15%Ni 地粉末 , 氧含量低于 理, 表观硬度值为 30HRC 21 . 3. 改善铁基烧结材料地切削加工性能0.25%. 坯件在 1120烧结后 , 经回火处烧结钢中添加硫化锰 铜熔渗试样地拉伸强度随熔渗时间延长而快速增加 , 最大值在大约 5min 处; 2 添加 4%Ni 或 4%Mn地铜熔渗剂 , 在防止熔渗试样表面点蚀方面 , 优于添加铁地熔渗剂; 3 各种热处理方案中, 水冷和 480 时效 30 min 可以提高拉伸强度, 炉冷和 700时效20min 可以提高延性 . 5 . 烧结钢表面渗锰6名师归纳总结 烧结钢常需防磨损
14、爱护而进行热处理, 包括:表面淬火、碳氮共渗、软氮化、渗硼等. 采纳这些方第 8 页,共 23 页法可以获得硬化表面, 但或多或少使零件尺寸变大. 不宜对硬化零件作精整处理, 只能以磨加工进行尺寸修正. 渗- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 锰处理可用于制造烧结耐磨零件, 并能够保证零件地尺寸精度不变, 防止上述缺点 .Pohl和 Redlinger报道了此工艺 . 锰地表面合金化可以在烧结过程中进行 , 从而免除附加地工序如渗碳、硬化和磨削 . 渗锰生成奥氏体锰钢表面硬化层 , 其性能类似于 Hadfield 高锰钢 . Amecarelli 和 Bo
15、gheitich 采纳装箱渗法对几种烧结钢进行渗锰 , 温度 1100 , 保温 25h. 渗剂含10%12%Fe、55%57%Mn、32%34%高岭土和 0.3%NH4I. 作者发觉 , 烧结钢中锰扩散深度取决于原材料地物理性质和化学性质 . 坯件密度由表 1 Fe-Mn-Si-C与其他系列烧结钢力学性能比较11名师归纳总结 合金元素 / % C 烧 结 条 件拉伸强度硬 度延长率第 9 页,共 23 页Mn Mo Si Ni Cu /MPa /% 790 289/HV104.0 1.74 1.48 0.5 1150 /60 minN21.5 2 0.4 1120 /30 min吸热型气体6
16、30 179/HV102.5 1.5 0.8 1250 /60 min真空710 211/HV103.0 3.2 1.4 0.4 1250 /90 minH21000 3.2 1.2 0.35 1200 /9 0 min H2900 320/HV204.8 3.2 1.4 0.4 1180 /60 minH2920 300/HV202.0 1 1 4 0.4 1200 /30 min720 2.0 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 表 2 铜基熔渗剂熔渗铁粉压坯地力学性能1120熔渗 30 min )熔渗剂中 熔渗后地热处理力学性能添加成分 炉冷 空冷
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- 关 键 词:
- 2022 粉末冶金 材料 中的 应用
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