一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法与流程

本发明涉及粉末冶金技术，具体是一种wc颗粒增强fe基粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术：
：铁基粉末冶金材料是以铁粉作为基本粉末，加入一定量的合金元素粉末，经过混合、压制、烧结以及后续处理而得到的合金，粉末冶金工艺具有成本低、产量大、效率高、性能好等优点，相比于传统的切削加工，其更加适合于大规模批量生产，应用前景十分广阔。铁基粉末冶金材料为主的制品用途广泛，主要用于制造各类机械结构零件、轴承和耐磨材料等。特别是在汽车制造行业中，粉末冶金铁基材料发挥了重要的作用，其制备的零部件普遍应用于发动机、传送系统、abs系统、点火装置等。但是目前铁基粉末冶金零件在汽车制造中的应用还没有被充分开发，随着汽车的产量的不断增加以及粉末冶金零件在单辆汽车上的用量增加，对于粉末冶金制品的需求量将会越来越大。此外，高性能的铁基粉末冶金零件也已经广泛应用于机械传动装置、发动机以及其他通用机械产品，在机械制造业中的发展前景非常广阔。国外每台轿车粉末冶金材料的用量已经超过12公斤。某些零件采用粉末冶金材料后可以实现以铁取代铜，以铁取代钢，降低产品成本。例如，汽车上用的衬套、减速器外壳等零件原来是青铜材料，改成粉末冶金铁基材料后，每个零件节约2-3公斤铜，成本降低近十倍，而且其耐热性、抗压强度、耐磨性有很大提高。在汽车行业用烧结粉末冶金材料代替传统的合金铸铁是必然趋势。随着现代工业的快速发展，对钢铁材料及结构件的耐高温和耐磨性能等提出了越来越高的要求。wc硬质颗粒增强钢铁基复合材料兼有钢铁材料的高强度、良好的塑性和wc增强颗粒的高硬度、高耐磨性，而且wc增强颗粒通常具有优异的耐高温性能以致提高了相应复合材料的耐高温性能。wc硬质颗粒增强钢铁基复合材料较基体材料具有更为优异的综合力学性能。目前，wc颗粒增强fe-cu-ni-mo-c系粉末冶金烧结材料的已有专利（申请号cn201110008273.7）公布了一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法，其添加较多的wc颗粒（10wt%-15wt%），采用放电等离子烧结工艺制备，存在较多的问题，包括，wc的添加量高，由于wc的价格昂贵，造成产品的成本过高；放电等离子烧结工艺设备昂贵，产品制备受限，也大幅度地提升产品的成本，不利于发挥粉末冶金工艺成本优势。技术实现要素：本发明的目的在于为了克服现有技术中制备fe-cu-ni-mo-c粉末冶金材料存在的不足，优化设计了wc颗粒增强fe-cu-ni-mo-c粉末冶金复合材料的材料体系，提供一种简单、实用、有效的制备wc颗粒增强fe基粉末冶金材料的制备方法，有效地提升材料的硬度和耐磨性能等综合力学性能。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种wc颗粒增强fe基粉末冶金材料的制备方法，采用铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和碳为原料，包括混粉、压制、烧结等步骤，其特征在于添加硬质颗粒wc。所述的wc颗粒增强fe基粉末冶金材料的制备方法的具体步骤是：1.配料：按质量百分比计，以铜粉1.3wt%、镍粉1.5wt%、钼粉0.5wt%、碳粉2wt%，余量为铁，配制基体材料；再以基体材料98wt%-99wt%，碳化钨1wt%-2wt%进行配料。2.混料：在小型v型混料机中进行，混粉时间为90分钟，基体材料为98wt%-99wt%，碳化钨1wt%-2wt%。3.压制：采用液压压制机压制生坯，压力为700mpa。4.烧结：采用网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表1。表1烧结工艺烧结段温度/℃时间/min1865182975183111018411201851115186冷却段90压坯在烧结炉内烧结后，粉末冶金零件由机械咬合转化为金属结合。烧结是粉末冶金最基本的工序之一，对粉末冶金零件最终的物理和力学性能起着决定性的作用。在烧结过程中，除发生粉末颗粒之间的冶金结合外还发生各成分之间的合金化作用，铁粉压坯经过烧结后其强度和伸长率大幅度地提高。依据本发明的wc颗粒增强fe基粉末冶金材料的制备方法，在fe-cu-ni-mo-c系的基体材料上，添加1wt%-2wt%的wc颗粒，可有效地填充基体材料的孔隙，降低材料的孔隙率，增强材料的硬度，提高材料的抗弯强度。依据本发明所制造的wc颗粒增强fe基粉末冶金材料，采用常规的烧结方法，在基体材料上添加1wt%-2wt%的wc颗粒，具有降低材料孔隙，提高材料硬度和抗弯强度的优点，其与不同的wc颗粒添加量的材料的孔隙图与性能对比如表2和图1-11所示。可明显看到，添加1wt%-2wt%的wc的材料的硬度和抗弯强度都较高，未添加wc和添加过多wc的材料，反而使得材料性能下降，从孔隙分布图中，可以看到，添加1wt%-2wt%的wc的材料的孔隙较少，wc颗粒可实现对fe基粉末之间缝隙的较好填充，进而降低孔隙率，连通其他强化效应，有效地提升材料硬度和抗弯强度，而添加过多的wc的材料的孔隙较大且存在wc团聚的情况，其与析出的碳化物新相“桥接”到一起的概率增加，对fe基体造成了割裂的效应，对材料的性能不利。表2不同wc添加量的材料的性能对比序号wc添加量（wt%）硬度（hrb）抗弯强度（mpa）1088.9875.578721100.4932.766432101.6945.06444396.9884.64015498.2884.5756598.6895.71927698.4876.68728799.3826.17229890.4769.928710988686.9852111073.5654.1094本发明的优点：1.比未添加wc的产品，添加1wt%-2wt%的wc的材料的孔隙得到有效的填充，孔隙率降低，密度提高，连通其他强化效应，有效地提升材料硬度和抗弯强度。2.比添加过多的wc的产品，添加1wt%-2wt%的wc的材料的孔隙较小，而添加过多的wc的材料的孔隙较大且存在wc团聚的情况，其与析出的碳化物新相“桥接”到一起的概率增加，对fe基体造成了割裂的效应，对材料的性能不利。依据本发明的wc颗粒增强fe基粉末冶金材料的制备方法所制备得到的零件，可实现添加微量的wc，即可有效地提升材料的硬度和抗弯强度，且采用的工艺适用于工业化的大批量生产，成本得到有效地降低，且产品的性能得到有效的提升，具有良好的经济效益和市场前景。附图说明图1是0wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图2是0wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图3是1wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图4是1wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图5是2wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图6是2wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图7是3wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图8是3wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图9是4wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图10是4wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图11是5wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图12是5wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图13是6wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图14是6wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图15是7wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图16是7wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图17是8wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图18是8wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图19是9wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图20是9wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图21是10wt%wc添加量的材料的100倍的孔隙图。图22是10wt%wc添加量的材料的200倍的孔隙图。图23是1wt%wc添加量的材料的金相组织图。图24是2wt%wc添加量的材料的金相组织图。具体实施方式实施例1选用水雾化铁粉，并按以下比例加入合金元素和辅料进行配料：按质量百分比计，以铜粉1.3wt%、镍粉1.5wt%、钼粉0.5wt%、碳粉2wt%，余量为铁，配制基体材料；再以基体材料99wt%，碳化钨1wt%进行配料；将所有原料装入v型混料机进行混合，在小型v型混料机中进行，混粉时间为90分钟，基体材料为99wt%，碳化钨1wt%；将混合好的原料装入模具中，采用液压压机压制成型，压制压力为600mpa，得到压坯；采用网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表3，其硬度为100.4hrb，其抗弯强度为932.7664mpa，孔隙图与金相组织图见图3、图4与图23。表3烧结工艺烧结段温度/℃时间/min1865182975183111018411201851115186冷却段90实施例2选用水雾化铁粉，并按以下比例加入合金元素和辅料进行配料：按质量百分比计，以铜粉1.3wt%、镍粉1.5wt%、钼粉0.5wt%、碳粉2wt%，余量为铁，配制基体材料；再以基体材料98wt%，碳化钨2wt%进行配料；将所有原料装入v型混料机进行混合，在小型v型混料机中进行，混粉时间为90分钟，基体材料为98wt%，碳化钨2wt%；将混合好的原料装入模具中，采用液压压机压制成型，压制压力为600mpa，得到压坯；采用网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表3，其硬度为101.6hrb，其抗弯强度为945.0644mpa，其孔隙图与金相组织图见图5、图6与图24。应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。当前第1页12