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高密度鐵基粉末冶金制品制備關(guān)鍵技術(shù)研究

針對(duì)我國(guó)高品質(zhì)粉末冶金鐵基材料制備技術(shù)較薄弱的問(wèn)題，在高品質(zhì)鐵基粉末和高性能鐵基制品制備技術(shù)方面取得了突破。以 LAP100.29 水霧化鐵粉作為高密度低合金粉末基粉，添加母合金粉末、增塑劑經(jīng)塑化處理后，再添加專(zhuān)用潤(rùn)滑劑和石墨進(jìn)行混合。首先將水霧化鐵粉及合金粉末進(jìn)行粒度搭配，提高堆積密度；然后通過(guò)粉末結(jié)化處理，提高混合粉末的流動(dòng)性、合金成分均勻性；接著通過(guò)粉末塑化處理，改善鐵粉顆粒整體塑性，從而獲得了具有高壓縮性的專(zhuān)用高密度成形粉末（圖 7）。合批粉末的松比為 3.2～3.4g/cm3，流動(dòng)性≤30s/50g，壓縮性≥7.6g/cm3，粉末顯微組織如圖 2 所示。在混粉階段，設(shè)計(jì)制作了 5 噸/h 專(zhuān)用連續(xù)式混合裝置（如圖 6 所示），通過(guò)軟化處理的復(fù)合粉末及粘結(jié)劑、石墨等的定量供給和高效混合，合批制成高密度專(zhuān)用粉末，從而實(shí)現(xiàn)粘結(jié)化粉末的連續(xù)、穩(wěn)定的批量化生產(chǎn)。圖 1 連續(xù)式混粉裝置圖 2 水霧化鐵粉和預(yù)處理后粉末顯微組織基于粉體塑性特性和改性原理，通過(guò)優(yōu)化粉體粒度組成、改善粉體塑性變形能力，再結(jié)合高密度成形技術(shù)制備出高密度鐵基制品。首先將水霧化鐵粉及合金粉末進(jìn)行粒度搭配，提高堆積密度；然后通過(guò)粉末結(jié)化處理，提高混合粉末的流動(dòng)性、合金成分均勻性；接著通過(guò)粉末塑化處理，改善鐵粉顆粒整體塑性，從而獲得了具有高壓縮性的專(zhuān)用高密度成形粉末。在混粉階段，設(shè)計(jì)制作了連續(xù)式混合裝置，通過(guò)軟化處理的復(fù)合粉末及粘結(jié)劑、石墨等的定量供給和高效混合，實(shí)現(xiàn)粉末的連續(xù)、穩(wěn)定的批量化生產(chǎn)。壓制過(guò)程中，采用多模板多缸聯(lián)動(dòng)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)精確控制技術(shù)，提高壓坯密度均勻性; 通過(guò)模壁潤(rùn)滑，降低粉末顆粒與模壁之間的外摩擦力，提高了壓坯密度及其均勻性。采用高密度成形技術(shù)制備出密度為 7.5~7.55g/cm3 的高密度鐵基制品，其抗拉強(qiáng)度、延伸率和疲勞強(qiáng)度都比普通鐵基材料顯著提高，具有綜合力學(xué)性能優(yōu)異，尺寸精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，如圖 8 所示。開(kāi)發(fā)的高密度粉末冶金同步器系列及鏈輪系列等產(chǎn)品，已經(jīng)通過(guò)了吉利集團(tuán)、湖州求精、德?tīng)柛５裙镜墓┴浽u(píng)審，目前已形成批量供貨，項(xiàng)目期內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值 860 萬(wàn)元，利稅 120 萬(wàn)元，如圖 2 所示。建立了年產(chǎn) 5000 噸高密度鐵基制品生產(chǎn)線，如圖 4 所示。圖 3 高密度鐵基制品的拉伸曲線和疲勞性能圖 4 典型的高密度鐵基制品利用 δ 相燒結(jié)制備出接近全致密(>99.9％)的鐵基軟磁零件。利用加 P 液相燒結(jié)，大幅度降低了燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間。在 1200?C 燒結(jié) 2 小時(shí)，F(xiàn)e-0.8％P 的相對(duì)密度可以達(dá)到為 98.5％。制備的鐵基軟磁材料的燒結(jié)致密度≥96%；磁導(dǎo)率（μm）≥6000，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度≥1.6T，矯頑力≤110A/m。圖 9 是燒結(jié)溫度對(duì)高密度樣品最大磁導(dǎo)率和矯頑力的影響規(guī)律。隨著燒結(jié)溫度的升高，高密度純鐵樣品的磁導(dǎo)率提高，同時(shí)矯頑力下降；當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到 1450°C 時(shí)，樣品的磁性能有顯著提高，如圖 10 所示。升高溫度可以進(jìn)一步提高材料的致密度，并促經(jīng)晶粒的長(zhǎng)大完善，進(jìn)而提高材料的磁性能，如圖 11 所示。采用 HIP 和后續(xù)熱處理工藝，制備出全致密的鐵基軟磁材料，能夠進(jìn)一步提高材料的磁性能。

北京科技大學(xué) 2021-04-13

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