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比較Fe-Cu-5X(Ni、Mo、W、Cr)-C試樣滲銅前后的組織形貌,可以看出滲銅工藝對粉末鋼的組織轉變影響較大:

(1)孔隙數目減少,孔隙變得圓滑;

(2)組織較為平均,顆粒變得較規則,且大小比較平均;

(3)組織形貌接近相同成分的致密鋼。這顯然是因為銅促進合金元素擴散的結果。淺色孤立區鎳含量較高,分布不平均,組織也較為復雜:邊沿為針狀組織,顯微硬度650450HV0.01,為馬氏體和貝氏體;中央鎳譜線泛起峰值,該區域的硬度值很低(132HV0.01),為固溶于Fe中的富鎳奧氏體。

汽車發念頭用的排氣門座是配氣機構的一個相稱重要的零件,它與氣門共同完成對氣缸的密封作用。

 為服役前提惡劣,其機能要求很高:即要耐磨、耐氧化和耐侵蝕,又要保持高溫硬度和強度。海內外的研究也多集中在熔滲銅工藝對材料力學機能的影響上[1,2],對組織的影響很少報道。自用燒結材料替換傳統鑄鍛合金以來,燒結排氣門座的電爐工藝和材料日趨成熟。

本研究采用純金屬粉混制的高合金燒結鋼,考察熔滲銅對其組織的影響,以期對實際出產提供一些有益的指導。用相同方法分析其它合金的組織,結果見表1。而海內很多中、小型廠家通常達不到這種出產前提,那么如何利用現有的設備出產出高機能的排氣門座?本研究證實:在常規的燒結溫度(1150℃以下),通過熔滲銅處理即可實現。

銅熔滲鐵基合金時,固然銅在γ-Fe中的溶解度很小,但液相的銅會在鐵及其它合金顆粒表面上形成所謂的“載體相”,該相成為物質遷移的載體,并通過溶解—析出機制,使合金元素平均分布于基體上。所以滲銅后的組織變化首先是孔隙度減少了。

研究出產的粉末冶金排氣門座以純金屬粉混制,燒結溫度1120℃,熔滲溫度1120℃。從滲銅的機理來解釋:當燒結溫度超過銅的熔點1083℃時,銅變為液體,因為銅對鐵有良好的浸潤性,在毛細管力的作用下,迅速沿鐵粉顆粒表面浸透,包裹在鐵粉顆粒表面并向顆粒內部擴散溶解,形成含8%銅的γ固溶體,而多余的銅則填充孔隙。一般以為,熔滲主要是液相銅填充燒結材料內部孔隙的過程,它可以進步材料的密度,從而改善材料的力學機能。由圖5可知,基體鎳的分布是不平均的,泛起富鎳區和貧鎳區。

Fe-Cu-5Ni-C合金燒結態及熔滲銅后的金相組織(2%的硝酸酒精浸蝕)(a)燒結×200(b)熔滲銅×200

Fe-Cu-5Mo-C合金燒結態及熔滲銅后的金相組織(2%的硝酸酒精浸蝕)(a)燒結×300(b)熔滲銅×300

Fe-Cu-5Cr-C合金燒結態及熔滲銅后的金相組織(2%的硝酸酒精浸蝕)(a)燒結×200(b)熔滲銅×200

4Fe-Cu-5W-C合金燒結態及熔滲銅后的金相組織(2%的硝酸酒精浸蝕)(a)燒結×200 (b)熔滲銅×200

 在固相燒結時擴散速度緩慢,在常規的燒結溫度和時間內很難達到平均,于是基體不同區域里鎳的濃度不同,試樣在燒結爐的水套冷卻帶冷卻時,不同成分的區域將按不同的機制發生轉變,所以泛起了上述復雜組織。

(b)為Fe-Cu-5Ni-C合金熔滲銅后的顯微組織。圖6為Fe-Cu-5Ni-C試樣滲銅后顯微組織及相應區域的鎳元素的面分布圖,可以看到鎳在整個基體上分布較平均,富鎳區和貧鎳區的含量差別不大。

為FM-03燒結排氣門座熔滲銅后的顯微組織,從整體來看組織較平均,基體除了少量的珠光體以外,全部為針狀組織(600～700HV0.01),另外還有白色塊狀的未溶碳化物(1095HV0.01)以及彌散的硬質顆粒(1320HV0.01)。制品硬度93HRB。國外一般采用真空爐、箱式電爐、高溫液相燒結[5]。

試驗結果與分析

Fe-Cu-5X(Ni、Mo、Cr、W)-C合金燒結4h和熔滲銅后的金相組織a)示燒結態Fe-Cu-5Ni-C合金的組織組成物有:淺色孤立區(上有孔隙);粗細不平均的片層狀珠光體和沿其邊沿分布的網狀鐵素體。

用2%硝酸酒精腐蝕拋光試樣,在OLYPUS金相顯微鏡下觀察金相組織,用能譜儀對試樣進行微區成分分析,用A-100型洛氏硬度計丈量試樣表觀硬度,用HX-1000型顯微硬度計丈量顯微硬度。

在開發和研制粉末冶金排氣門座時發現:在鐵基粉末冶金材料中熔滲銅可以促進合金元素的擴散,從而使材料的合金化程度得到改善。

實驗方法

 e-C-Cu為基粉(其中C和Cu的質量分數分別為1.2%和5%),分別加入質量分數為5%的鎳、鉬、鎢、鉻粉,用V型混料機混粉后壓制成Φ23×6的試樣,在推桿式燒結爐中燒結試樣,燒結溫度1120℃,保溫4h,熔滲溫度1120℃,保護氣氛為分解氨,在水套冷卻帶中冷卻。從五十年代以來,該工藝逐漸為人們所熟悉,應用范圍日益擴大，用銅和銅合金熔滲鐵基合金,是制造高強度燒結結構零件的一個有效方法。