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高密度鐵基粉末冶金制品制備關鍵技術(shù)研究

針對我國高品質(zhì)粉末冶金鐵基材料制備技術(shù)較薄弱的問題，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，再添加專用潤滑劑和石墨進行混合。首先將水霧化鐵粉及合金粉末進行粒度搭配，提高堆積密度；然后通過粉末結(jié)化處理，提高混合粉末的流動性、合金成分均勻性；接著通過粉末塑化處理，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，設計制作了 5 噸/h 專用連續(xù)式混合裝置（如圖 6 所示），通過軟化處理的復合粉末及粘結(jié)劑、石墨等的定量供給和高效混合，合批制成高密度專用粉末，從而實現(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 水霧化鐵粉和預處理后粉末顯微組織基于粉體塑性特性和改性原理，通過優(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行粒度搭配，提高堆積密度；然后通過粉末結(jié)化處理，提高混合粉末的流動性、合金成分均勻性；接著通過粉末塑化處理，改善鐵粉顆粒整體塑性，從而獲得了具有高壓縮性的專用高密度成形粉末。在混粉階段，設計制作了連續(xù)式混合裝置，通過軟化處理的復合粉末及粘結(jié)劑、石墨等的定量供給和高效混合，實現(xiàn)粉末的連續(xù)、穩(wěn)定的批量化生產(chǎn)。壓制過程中，采用多模板多缸聯(lián)動和計算機自動精確控制技術(shù)，提高壓坯密度均勻性; 通過模壁潤滑，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，其抗拉強度、延伸率和疲勞強度都比普通鐵基材料顯著提高，具有綜合力學性能優(yōu)異，尺寸精度高，使用壽命長等優(yōu)點，如圖 8 所示。開發(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)通過了吉利集團、湖州求精、德爾福等公司的供貨評審，目前已形成批量供貨，項目期內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)值 860 萬元，利稅 120 萬元，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)時間。在 1200?C 燒結(jié) 2 小時，F(xiàn)e-0.8％P 的相對密度可以達到為 98.5％。制備的鐵基軟磁材料的燒結(jié)致密度≥96%；磁導率（μm）≥6000，飽和磁感應強度≥1.6T，矯頑力≤110A/m。圖 9 是燒結(jié)溫度對高密度樣品最大磁導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率提高，同時矯頑力下降；當燒結(jié)溫度達到 1450°C 時，樣品的磁性能有顯著提高，如圖 10 所示。升高溫度可以進一步提高材料的致密度，并促經(jīng)晶粒的長大完善，進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，能夠進一步提高材料的磁性能。

北京科技大學 2021-04-13

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