中南大学粉冶院大型综合实验报告_第1页
中南大学粉冶院大型综合实验报告_第2页
中南大学粉冶院大型综合实验报告_第3页
中南大学粉冶院大型综合实验报告_第4页
中南大学粉冶院大型综合实验报告_第5页
已阅读5页,还剩8页未读 继续免费阅读

付费下载

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

中南大学大型综合实验报告烧结铁铜的制备与性能研究指导教师班级学号姓名大型综合实验烧结铁铜的制备与性能研究1前言本次大型综合实验研究的是一种以粉末冶金方法制备的烧结铁铜,以雾化铁粉、电解铜粉、鳞片石墨和少量硬脂酸锌经混料、压制、烧结制备而成。由于铜比铁柔软,塑性更好,铜与铁混合粉末压制性较好。而且铜在铁中有一定的溶解度,通过添加铜元素,具有固溶强化作用,石墨和雾化铁粉能形成渗碳体这一高硬度相,使该类烧结铁铜有良好的力学综合性能。2实验操作及过程21实验材料雾化铁粉,电解铜粉,鳞片石墨粉,硬脂酸锌,550毫升的纯净水瓶22粉末原料及配比221粉末原料成分雾化铁粉电解铜粉鳞片石墨粉,由于人数较多,分成两个大组分别研究石墨含量和铜粉含量的不同对产品性能的影响。试验中两大组都取08的硬脂酸锌,第一大组第17小组取14的铜,石墨含量从05到11的01梯度规律递增;第二大组(第814小组)取08的石墨,铜含量基本从05到27的03梯度规律递增。各组试样铜和石墨含量如下所示第一大组第1组铜含量14,石墨含量05;第2组铜含量14,石墨含量06;第3组铜含量14,石墨含量07;第4组铜含量14,石墨含量08;第5组铜含量14,石墨含量09;第6组铜含量14,石墨含量10;第7组铜含量14,石墨含量11第二大组第8组铜含量05,石墨含量08;第9组铜含量08,石墨含量08;第10组铜含量11,石墨含量08;第11组铜含量17,石墨含量08;第12组铜含量20,石墨含量08;第13组铜含量23,石墨含量08;第14组铜含量27,石墨含量08每小组编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14,各编号分别预计设10个样。实际到后面由于时间问题只压制了5个样品,所以第1小组各个样分别记作11、12、13、14、15;其余各组类推。此次实验本人负责第6小组。222本人成分配比计算样品要求10MM50MM条状,每个质量20克。预计设10个样,则总质量为200克。本人负责的样品成分为第6组铜含量14,石墨含量10。鳞片石墨200102G,实验时考虑到样品脱碳等碳损失问题,根据经验采用双倍碳含量,即配料时采用4G鳞片石墨。硬脂酸锌2000816G,硬脂酸锌作为润滑剂和增稠剂会在烧结过程挥发消失,所以不必考虑在200克总量之内。电解铜粉2001428G;雾化铁粉2002281952G223粉末还原电解铜粉还原温度280度,1小时;雾化铁粉还原温度800度,1小时23工艺流程配料混料压制烧结性能测试24工艺参数配料比例雾化铁粉电解铜粉鳞片石墨粉08硬脂酸锌混料时间V型混料器,混合2小时压制压强500MPA(5T/CM2)加热时间15小时烧结温度1120,H2气氛烧结时间1小时。25需测试的主要性能指标1烧结尺寸变化2相对密度与孔隙率变化3洛氏硬度4抗弯强度26实验过程261称量与混料用电子天平秤取雾化铁粉、电解铜粉、石墨粉和硬脂酸锌共14组,每组重约200G,其中硬脂酸锌每组16克,其他含量见221粉末原料成分。本人第6组称取石墨4克,硬脂酸锌16克,电解铜粉28克,雾化铁粉1952克。秤取完后倒入事先准备干燥的550毫升纯净水瓶,并加入一个小钢珠作研磨球,放在V型混料机上混合2小时,待充分混合均匀后开始准备成形。262成形根据方案需要压制10MM50MM条状试样,每个质量20克,实际上由于时间问题只压制了5个样品,本次实验中,成形压制压强为500MPA。压制时要特别注意安全,实验指导老师对我们进行来了深刻的讲解了安全操作要点。条状试样为手动压模,压制方式为双向压制。263烧结机理与工艺烧结工艺如下加热时间15小时,烧结温度1120,烧结时间1小时,H2气氛下。下图为烧结工艺图。图21铁铜的烧结过程烧结气氛氢气;冷却方式水冷。本次实验是在钼丝为加热材料的钼丝烧结炉内进行烧结的。钼具有低温时电阻低,高温时电阻增大的特点,所以可以很好地控制烧结温度。烧结过程中,推舟速度为每15MIN推一次,如此匀速进行。等舟进入到高温区后,保温1H,将舟推出烧结区后等30MIN关掉氢气阀,再等20MIN关掉冷却水阀,最后取出冷却了的石墨舟,每个人找到自己的样品,等待下一步实验。264性能检测与分析本实验需要检测的成品性能参数几何尺寸、孔隙度、硬度和抗弯强度。(1)条状样品用游标卡尺分别测出长、宽、高;(2)用电子天平测出每个样品的质量M;(3)相对密度和孔隙度检测理论密度的计算可以假设整个粉末冶金工艺中三种粉末相对质量的变化为0,且总体积就等于铁粉、铜粉和石墨的体积之和,则样品理论密度公式为321/理论其中1、2、3、1、2、3分别为三种组元的质量分数和密度。实际密度的计算VM其中M、V分别为试样的质量、体积。则相对密度公式为理论相对孔隙度的公式为1相对测量结果把铁单质、铜单质和石墨单质的密度786G/CM3、892G/CM3和226G/CM3分别代入上述相对和的计算公式,并且1、2、3分别对应于114种样品的铁粉、铜粉和石墨的百分含量,计算得出实验结果。(4)硬度测量每组样测三个点,求平均值。实验仪器为洛氏硬度计,压力为1875KG,压头为25MM的钢球。(5)抗弯强度测量选取每小组硬度最低和最高的样品,测量这两个样的抗弯强度,取较大值。实验仪器为电子万能试验机;型号CMT7205;规格200KN;准确度等级09级;珠海三思计量食品有限公司生产。3实验结果及讨论31几何尺寸和孔隙率各组试样烧结前后尺寸变化如下表表31烧结前后几何尺寸和孔隙率变化长度/MM宽度/MM高度/MM实际密度/GCM3相对密度/孔隙率/编号参数烧前烧后烧前烧后烧前烧后烧前烧后烧前烧后烧前烧后1500050001002100058058068836732885086561150134425004500610021002590590675167118702865012981350350065000100610005865606679689386308907137010934500050001006100259860066756680864686531354134754990500610061000596602668862128685806613151934650005010100010006006006670665086838657131713437500050061008101061060865165658494856615061434849945002996100259859667416633874186011259139995000500010009986065926611669585708679143013211050004990100010005905806753659587518546124914541150004992100010065905826749653387398459126115411250005004100010006045906642674385988729140212711350004992100010005905906711665086848605131613951449925020100010125705747026656907986089211392由17组数据,铜含量在14保持不变,得样品烧结收缩率随C含量的变化图311烧结收缩率随C元素含量的变化由814组数据,碳含量在08保持不变,得样品烧结收缩率随CU含量的变化图312烧结收缩率随CU元素含量的变化(1)由表31的“相对密度和孔隙度”可知,经过烧结后,随着铜和石墨含量的变化,实验所得的相对密度和孔隙度其值的改变没有明显的规律,这应该与测试方法有关。本次实验烧结前的密度采取的是先测量质量和几何尺寸后经计算求得的,而烧结后的密度是根据密度仪测得的,采用不同的方法测量密度不具有很大的可比性,并且烧结后样品的密度是经过磨砂过的,会导致其密度的不准确,从而所得的相对密度和孔隙度也不是很准确,该方法存在一定的误差。(2)由图311“烧结收缩率随C元素含量的变化”可以看出当含CU量不变时,C含量增加,烧结收缩率基本没怎么变化,就第3组有明确的收缩率。本次实验的收缩率是根据烧结前后的体积变化来计算的,但因为样品体积较小,尺寸测量时也没有很细心,很多微小变化没有记录,或者本次试验压制过程样品压制的较为好,烧结后体积没怎么变化,故样品收缩率没有明确的规律。(3)由图312“烧结收缩率随CU元素含量的变化”可以看出当石墨含量不变时,CU含量增加,烧结收缩率基本有下降的趋势。这可用柯肯达尔效应解释,因为铜与铁的扩散性质不相同。铜在铁中的扩散比铁在铜中的扩散快,铜溶解于铁形成置换固溶体,体积增大。随着铜含量的增大,体积增大越明显,所以烧结收缩率降低。32洛氏硬度由于烧结铁铜的硬度较低,所以实验中测量其洛氏硬度(HRB),以保证结果的可靠性和准确性。测量结果如下表表32各组试样洛氏硬度值编号洛氏硬度硬度值1硬度值2硬度值3平均值1850860850853274274077275137637687827714772776780776578077579078267857898057937600670625632866168870668596257097446931070069970270011732798802777127788208708231376573980577014674733803737图321硬度值随C元素含量的变化图322硬度值随CU元素含量的变化由表32的“各组试样洛氏硬度值”及图321“硬度值随C元素含量的变化”和“硬度值随CU元素含量的变化”可知在CU含量一定情况下,随着碳含量的增加,试样的硬度基本也随之增加(除了1和7组样品)。硬度是对组织或组成相的形态不十分敏感的性能,它的大小主要决定于组成相的数量和硬度。因此,随着碳含量增加,高硬度的渗碳体增多,低硬度的铁素体减少,钢的硬度逐步增高。另外,在试样碳含量相同的情况下,随着铜含量增加,试样的硬度值也基本增加(除了13和14组样品)。因为铜在钢中有固溶强化的作用,随着铜含量增加,固溶强化的效果增强,增加了材料的表观硬度。13和14组样品硬度值下降可能是人为因素造成的,也可能是CU元素含量过剩,CU比FE柔软,塑性更好,造成硬度下降。33抗弯强度试样的抗弯强度如下表所示表33试样抗弯强度值编号1234567抗弯强度/MPA84635379338872853662964661350662581059595822编号891011121314抗弯强度/MPA575674538630572677702118720548774805611301由表33的“抗弯强度值”可知,在CU含量一定时,随着试样C含量的增加,试样的抗弯强度值基本降低(除了第6组)。可能是由于后几组石墨过剩(因为石墨含量是双倍加入的),样品表面脱碳较为严重,强度降低。在C含量一定情况下,随着试样CU含量的增加,试样的抗弯强度值基本增加(除了第8和14组),因为铜在铁中有一定的溶解度,具有固溶强化的效果,所以使试样强度增加。4相关讨论(1)从114组的收缩率可以看出,孔隙率的变化并无规律,除了测量方法及测量设备的影响之外,与烧结本身的不确定性有关。烧结过程中,孔隙随时都在变化,由孔隙网络逐渐形成隔离的闭孔,孔隙球化收缩,少数闭孔长大。连通孔隙的不断消失与隔离闭孔的收缩时贯穿烧结全过程中组织变化的特征。前者主要靠体积扩散和塑性流动,表面扩散和蒸发凝聚也起一定作用;闭孔生成后,表面扩散和蒸发凝聚只对孔隙球化有作用,但不影响收缩,塑性流动和体积扩散才对孔隙收缩起作用。另外,在不同气氛下的烧结孔隙的变化也有差别,烧结温度越高,最小孔隙消失地越快,并且大于一定临界尺寸的孔隙长大合并越快。(2)做抗弯强度测定时,第6组测了两个样的抗拉强度值分别是615127MPA、625810MPA,平均值是620469MPA。第6组试样的抗弯强度值比其余组偏高,可能是因为压制时粉末未放平,使压制出来的压坯密度分布不均,因此烧结后不同区域密度差别大,因而密度高的区域力学性能好,抗弯强度高,从而使这组的平均值高。压制时受力不均匀。由于对压机不熟悉,压制时没有一次性将压机的踏板踩下去而是间断性的往下踩了几次,导致压坯各处的受力不均匀,以上两个原因可能导致了测试出来的抗弯强度值偏高。5附录本人做的抗弯实验报告金属弯曲试验报告试验方案金属弯曲试验方案试样形状板材试验速度3MM/MIN试验时间52133331S宽度厚度抗弯力弯曲强度单位MMMMNMPA试样110106043690760615127试样210026013

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论