以铁磷及铁铜预合金粉末的形式加入铁,提高金属基体以及金刚石/金属复合材料的强度,提高对金刚石的把持力和耐磨性。
1、实验方法
采用小于75μm目的还原铁粉和鞍钢粉材厂生产的铁铜预合金粉末(Fe-7.2Cu-0.8Sn-0.05其他)及铁磷预合金粉末(Fe-0.51P-0.15C)为基础粉末,按下列配方表配制基体成分:(体积分数)%
注:A4为自制母预合金粉末
采用热压法制备样品,设备为直热式热压机,石墨模具,热压在空气中进行。温度850-870℃,保温时间4-6min,热压压力为35Mpa。
采用HR-150A硬度计测定基体的硬度;在WE-10A液压式万能材料实验机上测定三点抗弯强度,试样尺寸为5×5×40mm;采用阿基米德法测量试样密度;用自制磨损实验机测试基体耐磨性。
结果如下:
2、结论与分析
2.1预合金粉末能够提高金属基体密度、强度、耐磨性。
a、 Fe-Cu预合金粉末内存在的Cu、Sn成分,当热压温度高于其熔点时,在合金化的铁粉内部将生成液相,这有利于热压材料的致密化,使其密度达到99.6%。另外,由于铜的作用是强化铁素体,使用合金化的粉末有利于合金元素的均匀化,充分发挥铜的固溶强化作用,使基体的抗弯强度提高。
b、 以Fe-P预合金粉末为基础粉时,一方面,由于磷与铁的原子半径相差较大,形成间隙式固溶体起固溶强化作用。另一方面,磷的加入稳定了α-Fe相,铁在α-Fe相中高的扩散系数增加了烧结的致密化程度,使其密度达到99.6%。密度增加导致强度增加。
c、 由于Fe基预合金粉末的加入提高了基体的相对密度,使其更接近理论密度值,而基体的耐磨性与空隙度有关,密度低,空隙度就大,颗粒间的连接减弱,表面粗糙,耐磨性就低。因此,提高了基体的相对密度的同时,就提高了耐磨性。
2.2基础粉末粒度对基体硬度的影响:降低颗粒尺寸有利于增加材料的硬度
采用还原铁粉基体的显微组织细小,WC颗粒较为弥散的分散在铁粉周围,而使用Fe-Cu预合金粉的试样显微组织粗大,WC颗粒呈团聚状。因此,采用还原铁粉基体的试样中,WC的弥散强化作用明显,表现为宏观硬度高;而Fe-Cu预合金粉的颗粒粗,WC颗粒呈团聚状,弥散强化作用差,表现为宏观硬度低。