CN104561807B - 一种碳化硅晶须增强铁基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅晶须增强铁基复合材料及其制备方法，各组分及其质量百分含量为：Al 1.5～5.5％，Mo 3.6～7.0％，Cu 2.0～3.3％，Cr 0.2～1.5％，Zr 12.0～22.0％，Mg 2.5～4.5％，SiC晶须1.0～2.0％，Si 1.2～1.4％，B 0.08～0.14％，余量为Fe。以碳化硅晶须作为主要硬质相，能与基体良好结合，有效提高材料烧结及淬火后的力学性能，经淬火一回火热处理后，合金的硬度和强度有了较大提高。

Description

一种碳化硅晶须增强铁基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于粉末冶金材料技术领域，具体涉及一种碳化硅晶须增强铁基复合材料及其制备方法。
背景技术
铁基粉末冶金材料是采用Fe、石墨、Cu、Ni、Co等合金元素的混合粉经过压制和烧结制成，是最重要的粉末冶金材料之一。近些年来，随着汽车等行业的迅猛发展，铁基粉末冶金材料已成为产量最大、应用最广的一类材料。铁基粉末冶金材料的制造技术及其生产也得到了迅速发展，极大的拓宽了铁基粉末冶金机械零件的应用范围。目前，铁基粉末冶金材料广泛应用于交通工具，家用电器与电动工具以及办公机械中。
我国粉末冶金工业起步晚，研究与应用相对滞后，例如发动机中气门座的制备技术难度较大，我国这方面的技术还在摸索阶段，材料还以合金铸铁为主，高性能的铁基粉末冶金气门座主要依赖于进口。随着轿车、卡车的不断更新换代，高马力、强载重等能力的需要，对发动机、进、排气门座、轮轴等零件的耐热、耐磨以及耐腐烛等性能提出了更高要求，也给铁基粉末冶金材料提出了很大的挑战。高合金铁基粉末冶金材料因其具有高耐磨性，耐热性和硬度大等特点，越来越受到研究学者的青睐。
基体和硬质粉术颗粒共同决定了硬质相强化型材料的耐磨性能。作为硬质相颗粒可以是碳化物(WC、Mo2C、VC、NbC、Tie)、氧化物(Al2O3)、氮化物(TiN)等。Mo2C、WC、VC可与Fe-C基体发生反应生成新的碳化物硬质相。热力学稳定的NbC、TiN硬质相在烧结时不会发生反应，特别适合于制备铁基材料。Al2O3硬质相属于离子键结合，其外表面电子被束缚而带电，由于其难以被金属润湿，所以需添加粘结剂进行烧结。金属间化合物因其性质与基体差别小，且和基体界面的相容性好，也可用作硬质相材料。金属间化合物增强铁基粉末冶金材料是以含有Cr、Mo、Ni、Co、W、V等合金元素的钢作为基体，并在此基体上添加Fe-Mo、Co-Mo-Si、Co-Cr-Mo-Si、Co-Mo、Cr-W等金属间化合物作为硬质相颗粒基体材料、硬质颗粒类型和烧结度是制备硬质相强化型铁基合金的关键因素。但是当基体和硬质颗粒之间的物化性质差别过于大的时候，硬质颗粒会剥落；而烧结温度过高，会造成硬质颗粒中的合金元素向基体中的扩散量增大，导致硬质颗粒减少，还会造成基体硬度、硬质相硬度以及基体和硬颗粒界面发生变化。例如：当硬质相中含有Mo、W等元素时，高温下会与基体中的C发生反应生成M6C型碳化物，降低了材料硬度。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化硅复合晶须增强铁基复合材料及其制备方法，以碳化硅晶须作为主要硬质相，能与基体良好结合，有效提高材料烧结及淬火后的力学性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种碳化硅晶须增强铁基复合材料，各组分及其质量百分含量为：Al 1.5～5.5％，Mo 3.6～7.0％，Cu 2.0～3.3％，Cr 0.2～1.5％，Zr 12.0～22.0％，Mg 2.5～4.5％，SiC晶须1.0～2.0％，Si 1.2～1.4％，B 0.08～0.14％，余量为Fe。
进一步的，各组分及其质量百分含量为：Al 2.0～3.5％，Mo 4.0～7.0％，Cu 2.5～3.0％，Cr 0.8～1.2％，Zr 16.0～19.0％，Mg 2.6～3.5％，SiC晶须1.2～1.8％，Si1.3％，B 0.1％，余量为Fe。
所述SiC晶须直径为200-600nm，长度为10-50μm。
所述碳化硅晶须增强铁基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶2-1∶3的比例混合；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；
2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；
3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在880～900℃下保温50min，水淬，最后在220℃下保温回火2.5h。
有益效果：本发明提供一种碳化砖晶须增强铁基复合材料及其制备方法，以碳化硅晶须作为主要硬质相，能与基体良好结合，有效提高材料烧结及淬火后的力学性能，经淬火一回火热处理后，合金的硬度和强度有了较大提高，1280℃烧结的合金经淬灭-回火热处理后硬度和拉伸强度最高可达到47.5HRC和1866MPa。
具体实施方式
实施例中所用Si C为晶须状，直径为200-600nm，长度为10-50μm。
实施例1
碳化硅晶须增强铁基复合材料，组分及其质量百分含量为：Al 1.5％，Mo 3.6％，Cu 2.0％，Cr0.2％，Zr12％，Mg 2.5％，SiC晶须1.0％，Si1.2％，B0.08％，余量为Fe。
制备方法，包括如下步骤：
1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶2的比例混合，最后加入剩余基体层粉末；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；
2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；
3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在880℃下保温50min，用水淬灭，最后在220℃下保温回火2.5h。
实施例2
碳化硅晶须增强铁基复合材料，组分及其质量百分含量为：Al 5.5％，Mo 7.0％，Cu 3.3％，Cr 1.5％，Zr 22％，Mg 4.5％，SiC晶须2.0％，Si 1.4％，B 0.14％，余量为Fe。
制备方法，包括如下步骤：
1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶2的比例混合，最后加入剩余基体层粉末；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；
2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；
3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在880℃下保温50min，用水淬灭，最后在220℃下保温回火2.5h。
实施例3
碳化硅晶须增强铁基复合材料，各组分及其质量百分含量：Al 2.0％，Mo 4.0％，Cu 2.5％，Cr 0.8％，Zr 16.0％，Mg 2.6％，SiC晶须1.2％，Si 1.25％，B 0.09％，余量为Fe。
制备方法，包括如下步骤：
1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶3的比例混合，最后加入剩余基体层粉末；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；
2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；
3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在900℃下保温50min，用水淬灭，最后在220℃下保温回火2.5h。
实施例4
碳化砖晶须增强铁基复合材料，各组分及其质量百分含量：Al 3％，Mo 5.5％，Cu2.8％，Cr 1.0％，Zr 18％，Mg 3.2％，SiC晶须1.6％，Si 1.3％，B 0.1％，余量为Fe。
制备方法，包括如下步骤：
1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶3的比例混合，最后加入剩余基体层粉末；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；
2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；
3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在900℃下保温50min，用水淬灭，最后在220℃下保温回火2.5h。
实施例5
碳化硅晶须增强铁基复合材料，各组分及其质量百分含量：Al 3.5％，Mo 7.0％，Cu 3.0％，Cr 1.2％，Zr 19.0％，Mg 3.5％，SiC晶须1.8％，Si 1.38％，B 0.12％，余量为Fe。
制备方法，包括如下步骤：
1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶3的比例混合，最后加入剩余基体层粉末；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；
2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；
3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在900℃下保温50min，用水淬灭，最后在220℃下保温回火2.5h。
对实施例1～5的碳化硅晶须增强铁基复合材料进行硬度和拉伸强度测试，结果见表1所示。
表1：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
硬度 32.5HRC 39.8HRC 30.6HRC 47.5HRC 42.5HRC
拉伸强度/MPa 1488 1468 1665 1866 1690
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种碳化硅晶须增强铁基复合材料，其特征在于，各组分及其质量百分含量为：Al1.5～5.5％，Mo3.6～7.0％，Cu2.0～3.3％，Cr0.2～1.5％，Zr12.0～22.0％，Mg2.5～4.5％，SiC晶须1.0～2.0％，Si1.2～1.4％，B0.08～0.14％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶须增强铁基复合材料，其特征在于，各组分及其质量百分含量为：Al2.0～3.5％，Mo4.0～7.0％，Cu2.5～3.0％，Cr0.8～1.2％，Zr16.0～19.0％，Mg2.6～3.5％，SiC晶须1.2～1.8％，Si1.3％，B0.1％，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的碳化硅晶须增强铁基复合材料，其特征在于：所述SiC晶须直径为200-600nm，长度为10-50μm。
4.权利要求1～3中任意一项所述的碳化硅晶须增强铁基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1)混料：将Cu、Si和Fe混合作为基体层，其余组分混合作为合金层；将合金层粉末与基体层粉末按1∶2的比例混合，最后加入剩余基体层粉末；混料在混料机中进行，转速为40rpm，混料时间为60min；2)将步骤1)的混料加入到液压机中压制成型，压制压力为800MPa；3)将步骤2)压制好的试样在烧结炉内进行烧结，预热温度为550℃，烧结温度为1280℃，高温下的烧结时间为25min，然后在880～900℃下保温50min，水淬，最后在220℃下保温回火2.5h。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109385572A (zh) * 2018-10-16 2019-02-26 马鞍山旭阳机械有限公司 一种液力端阀箱复合材料
CN110273096B (zh) * 2019-06-28 2021-01-08 鞍钢股份有限公司 一种SiC/M2粉末高速钢复合材料及其制备方法
CN111020445B (zh) * 2019-12-24 2022-11-08 成都轨道交通产业技术研究院有限公司 一种耐磨合金粉、耐磨涂层及耐磨涂层的制备方法
CN110952043B (zh) * 2019-12-28 2021-04-23 苏州再超冶金制品有限公司 一种SiC晶须增强铁基粉末冶金材料及其制备方法
CN113046618A (zh) * 2021-02-08 2021-06-29 北京理工大学重庆创新中心 一种在基体内部或表面制备碳单质的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7153339B2 (en) * 2004-04-06 2006-12-26 Hoeganaes Corporation Powder metallurgical compositions and methods for making the same
CN103602922B (zh) * 2013-10-10 2016-01-20 铜陵新创流体科技有限公司 一种粉末冶金铁基合金及其制备方法
CN103600064B (zh) * 2013-10-10 2016-03-16 铜陵新创流体科技有限公司 一种粉末冶金进排气阀座圈及其制备方法
CN104120367A (zh) * 2014-06-26 2014-10-29 芜湖市鸿坤汽车零部件有限公司 一种粉末冶金高硬度法兰及其制备方法

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