粉末冶金锰钢研究新进展.pdf

第 3 0卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 粉 末 冶金技 术 Powde r M e t a l l ur g y Te c hno l og y Vo 1 ． 30，No ． 1 Fe b ． 201 2 粉末冶金锰钢研究新进展 B r u c e L i n d s l e y ， B r i a n J a me s H o e g a n a e s 公 司， C i n n a m i n s o n ， N J 0 8 0 7 7 ， 美国 摘 要 铁基粉末冶金产业在继续开发与扩大使用非传统粉末冶金合金化元素 。Mo 、 N i 与 C u的价格 、 环境 与可 回收性一直在推动这种扩大使用 。Mn是 铸锻钢 的价格 比较低廉且 有效 的合 金化元 素 ； 不 过 ， 过去氧 的 敏感性限制 了 Mn在粉末冶金钢中的应用 ， 现在氧 分压低 的氮 一氢烧 结气氛 可允许使 用 Mn 。M n与适量 Mo 的组合可使粉末冶金钢合金的力学性能接近 F D一 0 4 0 5的水 平。同样 重要的是 ， 这些合金 可在常用 的工业 烧 结条件下进行处理 。在较高碳含量下 ， 这些锰 钢可用作 贫合金烧结硬化钢牌号 。笔者将 讨论含 M n铁基粉 末 冶金材料 的这些优势 。 关键 词 Mn ； 铁基粉末冶金钢； 力学性能 PM s t e e l s t ha t c o nt a i n ma ng a ne s e Br u c e L i n d s l e y， Br i a n J a m e s Ho e g a n a e s C o r p o r a t i o n ， C i n n a m i n s o n ， N J 0 8 0 7 7 ， U S A Abs t r a c t The f e r r o u s P M i n d us t r y c o n t i n u e s t o de v e l o p a n d e x pa n d i t s U S e o f n o n t r a d i t i o na l PM a l l o y i ng e l e me n t s ． P r i c e， e nv i r o nme n t a l ，a n d r e c yc l a b i l i t y c o n c e r ns wi t h Mo， Ni a n d Cu h a v e d r i v e n t hi s e x pa n s i o n．Ma n g a n e s e i s a r e l a t i v e l y i ne x pe ns i v e， y e t e f f e c t i v e， a l l o y i n g e l e me nt i n wr o u g ht s t e e l s ． Ne v e r t h e l e s s ， o x y g e n s e n s i t i v i t y ha s l i mi t e d t h e u s e o f ma n g a n e s e i n PM s t e e l s i n t h e pa s t ．Th e c ur r e n t n i t r o g e n h y d r o g e n s i n t e r i n g a t mo s ph e r e s wi t h l o w pa r t i a l p r e s s u r e s o f o x y g e n no w p e r mi t i t s u s e． Th e c o mb i n a t i o n o f Mn wi t h a mo de r a t e l e v e l o f Mo r e s u l t s i n PM s t e e l a l l o y s wi t h me c ha n i c a l p r o p e r t i e s a p pr o a c hi n g t ho s e o f F D 一0 40 5．Equ a l l y i mp o r t a n t ， t h e s e a l l o y s c a n be p r o c e s s e d u nd e r t y p i c a l ， i n d us t r i a l s i nt e r i ng c o nd i t i o n s ．At h i g he r c a r b o n c o n t e nt s t h e s e ma n g a n e s e s t e e l s c a n b e u s e d a s l e a n a l l o y， s i n t e r ha r de n i ng g r a de s ． The b e n e f i t s o f f e r r o us PM a l l o y s c o n t a i n i n g ma ．ng a ne s e wi l l b e di s c us s e d． Ke y wor dsMn； f e r r o u s PM s t e e l ； me c ha n i c a l p r o p e r t i e s 根据 Mn的成本与使用性能的对 比， Mn对粉末 冶金钢是一种有吸引力 的合金化元素。为使烧结态 合金达到中等至高力学性 能， 采用高含量 的 M o 、 N i 及 c u的传统粉末冶金钢组成 ， 对价格 的不稳定性 反应敏感 ， 这在最近 1 O年的合金市场 中已得 到证 明。在这些材料的价格波动之前， 合金成本只 占最 终零件成本的一小部分 ， 因此高合金化材料是粉末 冶金 零件 的 良好 选择 。最初 以海 绵 F e粉 ， 后 来 以水 雾化 F e粉为基体 的扩 散合金 F D一0 2 0 5与 F D一 0 4 0 5 ， 都是根据这个原理最早开发 出的合金。尽管 B r u c e L i n d s l e y ， 男 ， 博士 ， 美 国 H o e g a n a e s 公司研发 中心经理 。 收稿 日期 2 0 1 01 0 2 5 对整个合金含量而言， 硬度与屈服强度比较低 ， 但用 这些合金可制成强度好且韧性优越的零件 。对生产 工艺而言 ， 这些合金 的压缩性好、 烧结条件 气氛气 体组成 ， 烧结时 间 灵 活， 所 以这些合金一 直很稳 定。后来 ， 引入了含 Mo预合金 ， 接着是这些预合金 的混合合金， 最后是合金化程度更 高的烧结硬化牌 号。最初用于锻造 的某 些水雾 化合金 ， 诸 如 F L一 4 6 0 0 ， 也用了烧结硬化 。大多数合金都局 限于 Mo 、 N i 与 C u ， 以及低含量 Mn 。合金设计 主要在性能与 压缩性之间进行权衡 ， 合金成本往往是次要的。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末冶金技术 2 0 1 2年 2月 2 1世纪初， 合金成本快速上 升， 迫使重新考虑 这一战略。长期 以来 ， 铸锻钢都是用 Mn与 c r 作为 提高淬透性与力学性能的合金化元素。许多零件制 造厂商都在采用露点低 的 N 一H 烧结气 氛， 这使 着 将含 C r 粉末 冶 金 钢 成 功地 引 入 了 市场 。尽 管 已 对 Mn的合金进行 了广泛研究 ， 但迄今 ， 含 Mn 量 质量分数 ≥0 ． 5 ％的粉末冶金钢 尚未得到广泛 应用。预合金化 Mn含量 0 ． 5 ％ 的水雾化钢粉是 不实用的； 因为减低其氧化物含量极为困难 ， 因此压 缩性显著减低 。但是 ， Mn可用添加剂的方式加入 ； 已评 估 过 几 种 添 加 剂 ， 其 中有 中碳 与 高 碳 锰 铁 ， F e ． Mn ． S i 母 合 金 及 专 门设 计 的 F e ． Mn C 。研究发现 烧结过程中 Mn是 以气体蒸发 方式 ， 通过粉末压坯 的孔隙 网络 ， 从添加剂 中快 基 温度 ／ o F 温度， ℃ a 硬度 速扩散出去 ； 接着 ， 以缓慢固态扩散的方式进入铁基 体中； 蒸汽相出现在 1 1 2 0 C以下 ， 这使着可用传统 的烧 结工 艺生 产 锰 钢 。使 用 F e ． Mn - C添加 剂 时 ， 在 1 1 2 0 ℃ 烧 结 的 油 泵 零 件 的 性 能 和 F D ～0 2 0 5相 同 。 早期研究 钊表明， Mn可用传统方法烧结和生 产 ， 现在的研究是早期研究的延伸。图 1表明， 这个 材料系统 的烧结特性很稳定。因为随着烧结温度降 低与时间的缩减 ， 合金 的表观硬度与强度只缓慢下 降， 这和扩散合金 F D一 0 4 0 5类似 ； 不需要延长烧结 时间与提高烧结温度。Mn与 Mo组合可 提供 良好 的淬透性 ， 从而可提高烧结态 的硬度与屈服 强度 。 笔者将讨论锰钢的性能并与传统的 F e M o N i - C u粉 末冶金合金进行对 比。 温度 ， o F 温度／ ℃ b 横向断裂强度 图 1 烧结时间与温度对 F D一 0 4 0 5与 1 ． 3 ％M n一 0 ． 5 ％Mo 合金的表观硬度及 T R S的影响 来 自参考文献[ 1 O ] Fi g ． 1 Th e e f f e c t o f s i n t e r i n g t i me a nd t e mpe r a t ur e o n a p p a r e nt h a r d ne s s a n d TRS f o r F D 一0 4 0 5 a n d a 1 ． 3 ％ Mn一0 ． 5 ％Mo a l l o y f r o m r e f e r e n c e 1 0 1 试 验方法 表 1中列 出了含 Mn合金与几种 M P I F标 准牌 号 的对 比。最 初 研 究 中 ， 研 究 了石 墨含 量 为 0 ． 6 ％ 与 0 ． 8 ％的合金 ， 为了对比， 所有混合粉 中都添加了 0 ． 7 5 ％A c r a w a x C润滑剂。随后 ， 研究了碳含量对两 种 M n合金的影响。 横 向断裂强度 T R S 与犬骨拉伸标准试样是分 别在 4 1 5 、 5 5 0及 6 9 0 MP a下压制并在 9 0 N 21 0 H2 气 氛 的 带 式 连 续 炉 中 烧 结 了 1 5 rai n 在 加 热 带 4 5 ra i n 。为进行合金对 比， 烧结温度为 1 1 2 0 ℃ ， 采 用了两 种冷却速 度 0 ． 7 o C ／ s与 1 ． 6 C ／ s 在 3 l 5～ 6 5 0 ℃之 间测 量 ； 于 1 ． 6 C ／ s下 冷 却 的试 样 ， 在 2 0 5 o C回火 1 h 。为评估含碳量 的影 响， 烧结温度采 用 1 1 2 0 o C、 1 2 6 0 o C， 冷 却速度 分别采 用 0 ． 7 ℃／ s 、 1 ． 6 C／ s 或 2 ． 2 ℃／ s ； 所有试样都在 2 0 5 ℃回火 1 h 。 除 了标准力学试验外 ， 还研究 了 M n合金的淬 透性 ， 其是用顶端淬火试验完成 的。顶端淬火试样 是用文献 [ 1 1 ] 报道的技术制作的 ， 试棒 长 1 1 0 ra m、 日 ∈∞ _ l _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 1 期 B r u c e L i n d s l e y等 粉末冶金锰钢研究新进展 6 5 直 径 2 5 mm， 标 称密 度 为 7 ． 0 g ／ c m ， 从 9 0 0 C进 行 顶 端淬火。合金 F D一 0 4 0 5的淬透性数据来源于 M P I F 标准 3 5 ， 估计密度为 7 。 0 g ／ c m 。金相检验的试样是 横断面， 用热固性环氧树脂镶样 ， 用非常可靠 的方法 进行研磨与抛光 ； 然后 ， 将抛光的试样表面用环氧树 脂浸渗， 以确保能准确显示孔隙度和封闭孔隙 ， 并避 免以后抛光剂、 水及腐蚀剂沾污显微组织 ； 将试样轻 轻研磨 ， 再抛光 和在5 0 5 0 的 2 ％硝酸醇液与 4 ％苦 味酸醇液的混合液中进行腐蚀。 表 1 研究的合金基体的标称组成 质量分数 Ta b l e 1 No mi n a l c o mpo s i t i o n o f t he b a s e a l l o y s s t ud i e d ％ 项 目 F e Mo N i C u Mn 1 ． 3 1 ． 3 0． 1。 0． 1 O． 1 合金 1 余量0 ． 5 合金 2 余量0 ． 8 F L N 2 4 4 0 5 余量0 ． 8 2 F D一 0 4 0 5 余量0 ． 5 4 1 ． 5 ” F L N C一 4 4 0 8 余量0 ． 8 2 1 ． 5 预合金化 的； 扩散合金化的 2 结 果 将含 M n合金与 3种 MP I F的标准合金 F L N 2 4 4 0 5 、 F D一0 4 0 5及 F L N C 一4 4 0 8进 行 了 比 较 。除 F L N C一4 4 0 8 含 0 ． 9 ％ 石墨 外 ， 所 有合金都 添加 0 ． 6 ％石墨。之所 以选择这些材料， 是因为它们都是 混合型合金 ， 通过用 Mo合金化、 添加元素状 N i 、 在 两种情况下都添加 C u ， 可提供 良好的力学性能。锰 钢 的压 缩 性 在 压 制 压 力 范 围 内， 比 3种 高 压 缩 性 Mo N i 一 C u 合金低 0 ． 0 7 g ／ e m 图 2 。烧 结后， 锰 钢的性状类似于铜钢， 表现为胀大 图 3 。含 N i 钢 相对于 Mn合金是收缩的， 无 c u的 F L N 2 4 4 0 5胀 大 量最小 。 2 ． 1力 学性能 5种合 金 的表 观 硬 度 示 于 图 4 。 图 4 a 表 明 石墨含量较高 的 F L N C一4 4 0 8 ， 其烧结 态的硬度最 高 ； Mo 含量相同， 但石墨含量较低的和无 N i 与 c u 的合金 2具有 同样硬度 ； 另外 ， Mo含量相 同的合金 1与 F D一 0 4 0 5的硬度相同， 因为 1 ． 3 ％ M n可有效 取代 4 ％N i 与 1 ． 5 ％C u ， 所以 Mn对硬度的影响是明 显的； 用传统烧结工艺时 ， F L N 2 4 4 0 5的硬度最低。 图 4 b 示加速冷却条件下产生的数据 ， 图 4 b 表 明 含碳量较低的合金 2的硬度 比 F L N C一4 4 0 8的 硬 度还高 ； 合金 1 因加速冷却硬 度明显增高 ， 在密 吕 U ● 、 越 糕 压制压 力 ／ MP a 图 2 研究的合金的压缩性 Fi g ． 2 Co mp r e s s i b i l i t y o f a l l o y s s t u di e d O 6 O． 5 O 4 誉 。 。 0 t 2 0 1 0． 0 - 0． 1 6． 6 6． 7 6． 8 6． 9 7 ． 0 7 ． 1 7． 2 烧结体密度 ／ g- c r n - 3 图 3 5种合金的尺寸变化 F i g ． 3 Di me n s i o n a l c ha n g e o f t h e 5 a l l o y s 度为 7 ． 0 5 g ／ c m 下达到了 3 0 H R C， 再增加 0 ． 2 ％石 墨时 ， 合金 1的硬度可增高到合金 2的水平 。石墨 总含量为 0 ． 8 ％的合金 1 ， 尽管 因此其它力学性能 ， 诸如强度、 伸长率及冲击 能会减低 1 0 ％ 一 2 0 ％ ， 但 其是可达到高硬度的成本较低 的替代材料。在大多 数 成本 可行 的条 件下 ， 通过调 整 Mo与 C的含量 ， 可 满足具体零件的要求。合金 F D一 0 4 0 5的表观硬度 采用加速冷却 条件下 ， 却基本无 变化， 可将这看作 F D一 0 4 0 5是对烧结硬化无效 的合金 ； 或者说 ， F D一 0 4 0 5对冷却速度 的变化是相当稳定的。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 粉末 冶金技术 2 0 1 2年 2月 6 0 三 越 5 5 5 0 6． 6 f 3 9 3 0 6 7 6． 8 6． 9 7． 0 7 1 7 ． 2 烧结体密度 ／ g c m 一 。 a 0 ． 7℃ ／ S 烧结体密度／ g c m f b 1 ．6℃ ／ S 图4 不 同冷 却速度条件下制备的 5种合金的表观硬度 Fi g ． 4 Ap pa r e n t h a r d ne s s o f t he 5 a l l o y s wi t h c o n ve n t i o na l c o o l i n g 0 ． 7 ℃／ s a n d wi t h a c c e l e r a t e d c o o l i n g 1 ． 6 ℃ ／ s p l u s t e mp e r i n g 2种 Mo 合金的屈服强度都相 当好 ， 都能达到或 超过含 N i 合金的屈服强度。由图 5可看出， 采用加 速冷却时 ， 合金 2的屈服强度远远超过了其它合金。 传统方式冷却时 ， Mn 合金的极限抗拉强度 U T S 与 含 N i 钢相似， 但加速冷却时， 却是有益的， 见图 6所 示。在屈服强度高的条件下 ， M n合金与烧结硬化合 兰 、 _ 基 专 9 0O Hm 6 ． 6 6 ．7 6 ． 8 6 ．9 7 ．0 7 ． 1 7 ． 2 烧结体密度 ／ g- c m - a 传统冷却方式 0 ． 7 ℃／ s 金 F L N C一 4 4 0 8的总伸 长率 比 F L N 2 4 4 0 5与 F D一 0 4 0 5的小。除 F D一0 4 0 5外， 所有合金 的冲击能都 相似 ， 因为在粉末冶金钢中扩散合金是以韧性高而 闻名的 。图 7所示 的这些结 果表 明 ， Mn合 金 的性能 有可能高于含 Mo量相同、 但不添加元 素 N i 或 c u 的传统粉末冶金钢。 盏 、 _ 美 9∞ 7 o 0 6 ．6 6 ． 7 6 ．8 6 ． 9 7 ．0 7 ． 1 7 ． 2 烧结体密度 ／ g c m一 b 加速冷却 1 _6c ／ s 回火 图 5 不 同冷却速度条件下制备的 5种合金的屈服强度 0 ． 2 ％残 留变形 F i g ． 5 Y i e l d s t r e n g t h 0 ． 2 ％ o f f s e t o f t h e 5 a l l o y s w i t h c o n v e n t i o n a l c o o l i n g 0 ． 7 ／ s a n d wi t h a c c e l e r a t e d c o o l i n g 1 ． 6 ℃ ／ s p l u s t e mp e r i n g 【 u } { 一， ∞ } { 】 ， } {、 一 一 _J } { 一， ∞ } l l ／ 隧 ％ 帅 踮 舯 一 【 s _【 一 、 ∽ 摹 0 Ⅲ ∞ ∞ 鲫 一 c o x ∽ 摹 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷第 1 期 B r u c e L i n d s l e y等 粉末冶金锰钢研究新进展 6 7 羔 皇 兰 盐 1 ．5 垂 烧结体密度， g c m- a 常规烧结方式 0 ． 7 C ／ S 烧结体密度， g c m b 加速冷却 1 ．6℃， s 回火 图 6 不同冷却速度条件下制备的 5种合金的极限抗拉强度 F i g ． 6 U l t i ma t e t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e 5 a l l o y s wi t h c o n v e n t i o n a l c o o l i n g 0 ． 7 ℃／ s a n d w i t h a c c e l e r a t e d c o o l i n g 1 ． 6 C／ s p l u s t e mp e r i n g 0 皇 ● 邑 、 涩 伯 量 烧结体密度／ g’ c m 烧结体密度 ／ g c m a 伸长率 b 冲击能 图 7 采 用传统冷却方式 0 ． 7 C ／ s 时 5种合 金的总伸 长率和冲 击能 F i g ． 7 T o t a l e l o n g a t i o n a n d i mp a c t e n e r g y o f t h e 5 a l l o y s wi t h c o n v e n t i o n a l c o o l i n g 0 ． 7 C／ s r e s p e c t i v e l y 2 ． 2 显微组织 系统的典型组织。在 MP I F合金 中， 可 清楚看 出有 传统冷却方式与加速冷却条件下制备的 5种合 轻微腐蚀的富 N i 区。加速冷却时 ， 锰钢的马氏体量 金的显微组织分别示于图 8与图 9 。含 Mn钢的显 增多 ； 显微组织依然是混合的， 因为只有有限的 Mn 微组织由马氏体与贝氏体区组成 。马氏体区腐蚀为 扩散到较大的 F e颗粒基体心部 ， 从而导致局部的淬 棕褐色 ， 而贝氏体 区为 白色与灰色。用传统方式冷 透性减 低。加 速冷 却 时， F L N 24 4 0 5与 F L N C一 却时， 含 Mo量较高 的合金 2的马 氏体与 贝氏体 的4 4 0 8的马氏体含量也都显著增多 ， 而 F D一 0 4 0 5的 含量比合金 1少得多。合金 2的铁素体 一碳化物问 显微组织几乎没有变化。所观察到的显微组织与力 距在上贝氏体 一断离状珠光体组织 中也是较小 的。 学性能密切相关 ， 含 Mn钢的马 氏体含量高导致表 所有 5种合金都呈现混合显微组织 ， 其是混合合金 观硬度与屈服强度高。 f ／ 器 蠹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 0 粉末 冶金 技术 2 0 1 2年 2月 较小的零件 ， 这样零件的冷却速度较快 ； 而合金 2的 淬透性较高 ， 可用于制造较大的零件 。这是假定需 垂 6 5 6 0 0 ．3 5 0 ．4 0 0 ． 4 5 0 ．5 0 0 ． 5 5 0 ． 6 0 O ．6 5 0 ． 7 0 0 ． 7 5 C的质量分数／ ％ a 表观硬度 要最高性能 ； 对性能要求不太苛刻时， 合金 1 也可用 于制造较大的零件。 l 2 0 0 1 l O O 1 0 0 0 交 9 。 。 譬 8 0 0 嗵 蒿7 0 0 6 00 5 0 o 4 00 1 6 0 1 4O 1 0 0 8 0 6 0 0 ．3 5 O ．4 0 0 ． 4 5 O ．5 O 0 ． 5 5 0 ． 6 0 0 ．6 5 0 ． 7 0 0 ．7 5 C的质量分数／ ％ b 屈服强度 图 1 0 含碳量 、 烧结温度及冷却速度不同的合金 2 0 ． 8 ％M o , 1 - 3 ％Mn 的 表观硬度 与 0 ． 2 ％屈服强度 F i g ． 1 0 Ap p a r e n t h a r d n e s s a n d 0 ． 2 ％ y i e l d s t r e n g t h。 f Al l o y 2 0 8 ％ Mo , 1 3 ％ Mn wi h v a r y i n g g r 印h i t e e o n t e n t ， s i n t e r i n g t e mp e r a t u r e a n d c 。 。 l i n g r a t e Hi g h t 。 mp 。 “ 。 s i n t e r i n g HT Sr e s u l t s g i v e n b y o p e n s y mb 0 1 s ／ d a s h e d l i n e s C的质量分数 ／ ％ a 极限抗拉强度 藉2 0 量 C的质量分数／ ％ b 冲击能 图 1 1 含碳量、 烧结温度及冷却速度不同的合金 2 O ． 8 ％Mo ， 1 3 ％in 的极 限抗拉 强度 与 中 击能 F i g ． 1 1 Ul t i 啪 t e t e n s i l e s t r e n g t h a n d i mp a c t r e s i s t a n c e。 f A l l 。 y 2 o 8 ％ M。 ， 1 3 ％Mn w 汕 v a r y i n g g r a p h i t e c 。 n t e n t I s i n t e r i n g t e mp e r a t u r e a n d c 0 0 l i n g r a t e H i g h t e m p e r a t u r e s i n t e r i n g H T S r e s u l 。 g i v e n b y o p e n s y mb o l s ／ d a s h e d l i n e s 2 ． 4 淬透性 Mn与 Mo的参与都会大大提高铸锻钢与粉末 一 _【 、 暖蟹 噬 摹 0 一 一 u 童 一， 为 童 1 ／ 0 q I ． 基 l} 蠹 言 ￡ 0 J【 x 、 雠聪糍鞲醛蟮 蓦、 越穗辑 鞋鼙 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 1期 B r u c e L i n d s l e y等 粉末冶金锰钢研究新进展 7 1 冶金钢的淬透性 。假定二者为合金 1与 2 ， 则这些 Mn ． Me 合金应具有 良好淬透性 ， 这可 由力学性能与 显微组织来证明。为将 Mn ． Me 合金的淬透性量化 ， 进行 了顶 端淬 火试验 ， 试 验结 果 示 于 图 1 2 。距 淬 火 端距离 J深度 较大 ， 表示淬透性较高。正如 J深 浅度所表明的， 铁基扩散合金 的淬透性差 。合金 1 与 F L N 2 4 4 0 5都 比合金化程度较 高的 F D一 0 4 0 5 的淬透性好 ， 其 J深度分别为 1 0与 9 。研究发现 ， F L N C一 4 4 0 8的淬 透性 显著提高 ； 这是 由于石墨含 量增 大 与 添 加 c u ， 将 淬 透 性 提 高 到 相 关 合 金 F L N 2 4 4 0 5之上， J 深度 由9提高到 2 1 。合金 2的 淬透性在所 研究 的合 金 中最 高， J深 度 达 2 4 。在 0 ． 8 ％Me 基粉中添加 1 ． 3 ％Mn时， 其渗透性明显高 于添加 2 ％N i 与 1 ． 5 ％ C u的合金 ； 这些 M n合金 的 淬透性可使在 中等含碳量下 ， 利用加速冷却 产生大 量马氏体显微组织。但是 ， 这些贫合金系统不具有 传统烧结硬化钢的淬透性 ， 曾报导传统烧结硬化钢 的 J 深度为 5 6或更高； 因此， 当需要均匀 的马氏体 组织时 ， 不能使用这些贫合金系统。 2 ． 5工 业试 验 为确保新合金系统耐用 ， 进行了几项工业试验。 之所 以选择合金 1进行 工业试验 ， 是因为其含 Me 量最低 ， 对工艺变量 比含 M e量更高的合金 2敏感。 横向断裂强度与拉伸试样都是 由石墨含量 为 0 ． 6 ％ 的混合粉压制 的， 试样是在 1 l 2 O ℃下 ， 用下述三种 方式 之 一烧 结 的 在 H o e g a n a e s 公 司的 带式 炉 中 ， 于 9 0 N 一1 0 H 气氛 表 2中 L a b ； 在工业 的带式炉 中， 于 9 0 N 一1 0 H 气氛 表 2中9 01 0 ； 在工业的 带式炉中， 于氮 一稀释的吸热性煤气气氛 5 0 ％吸热 性煤气 ， 5 0 ％氮气 ， 表 2中 E n d o 。由表 2可看 出， 使 用 N 。 一H 气氛时， 工业烧结的试样的力学性能大体 上 等 同 于试验 室 条件 下制 造 的试 样 的性 能 。 使 用稀 释吸热性煤气时 ， 观察到强度显著减低 ； 横 向断裂强 度 、 极限抗拉强度与伸长率都显著减低。这是由于气 体中的 c o ／ c o 与 Mn反应， 将 M n氧化和使钢渗碳 所致 ； 发现烧结件的碳由 0 ． 5 7 ％增高到了 0 ． 8 5 ％， 氧 由0 ． 1 6 ％增高到0 ． 4 0 ％。因此， 对于含 M n 与 c r 的 合金不得使用吸热性煤气作保护气氛。 合金 2 FLNC 一 4 4 0 8 合金 1 O l O 1 5 J 深度 图 l 2 研究 的 5种合金的顶端淬火淬透性 F D一 0 4 0 5的值源于 MP I F标准 3 5 F i g ． 1 2 J o mi n y e n d q u e n c h h a r d e n a b i l i t y o f t h e 5 a l l o y s s t u d i e d Va l u e f o r F D一 0 4 0 5 i s t a k e n f r o m MPI F s t a n d a r d 3 5 用添加标称 0 ． 8 ％石墨的合金 1制作 了两种不 同的示范零件。第一个零件是链轮 ， 将其压制到标 称密度 7 ． O g ／ e m ， 见图 1 3 。链轮是在 9 0 N 一1 0 H 气氛 中烧 结 的， 采 用 加 速 冷 却。其 表 观 硬 度 为 6 9 H R A 3 8 HR C ， 显微组织为马氏体 一贝氏体。第 二个示范零件是大直径的机械二极管零件。零件的 标称烧结件密度为 6 ． 8 g ／ c m ， 零件表面的表观硬度 为 3 0 H R C 。图 1 4示零件内部的马氏体 一贝氏体显 微组织 。合金达到了应用 的所有性能要求， 包括零 件 的严苛的尺寸公差。 表 2 在 9 0 ％N 一1 0 ％H 气 氛试 验室条件 下 L a b 及 工业烧结炉 中 氦气 一 稀释 吸热性煤气 中 ， 含 0 ． 6 ％石墨 的合金 1的烧结结果 T a b l e 2 E f f e c t o f s i n t e r i n g o f Al l o y 1 wi t h 0 ． 6 ％ g r a p h i t e u n d e r l a b o r a t o r y c o n d i t i o n s L a b a n d i n c o mme r c i a l f u r n a c e s c o n t a i n i n g 9 0 ％ n i t r o g e n一1 0 ％ h y d r o g e n 9 01 O a n d n i t r o g e n d i l u t e d e n d o t h e r mi c g a s E n d o 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 0卷第 l 期 B r u c e L i n d s l e y等 粉末冶金锰钢研究新进展 7 3 参考文献 [ 1 ]S a l a k A． E f f e c t o f c o m p a c t i n g p r e s s u r e a n d 0 ． 5 ％Mo o n p r o p e r t i e s o f s i n t e r e d i r o n p o wd e r a n d ma n g a n e s e s t e e l s ． P o wd e r Me t a l l u r g y ， 1 9 81 2 6 46 9 [ 2 ]S a l a k A ． Ma n g a n e s e s u b l i m a t i o n a n d c a r b o n f e r r o m a n g a n e s e l i q u i d p h a s e f o r ma t i o n d u r i n g s i n t e r i n g o f p r e mi x e d ma n g a n e s e s t e e l s ． I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f P o w d e r Me t a l l u r g y ， 1 9 8 0， 1 6 4 3 6 9 3 7 9 [ 3 ]T e n g z e l i n s J ， G r e k S - E， B l a n d e C A． L i m i t a t i o n s p o s s i b i l i t i e s i n t h e u t i l i z a t i o n o f C r a n d Mn a s a l l o y i n g e l e me n t s i n h i g h s t r e n g t h s i n t e r e d s t e e l s ． Mo d e r n De v e l o p me n t s i n P o wd e r Me t a l l u r g y， 1 9 8 0， 1 3 1 5 9 [ 4 ]B