材料与制程因素对烧结重合金机械性质影响之研究VIP专享VIP免费

第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共9页材料與製程因素對燒結重合金機械性質影響之研究王文峰南台科技大學機械工程系摘要本文之研究目的在於探討液相成份、成形壓力與燒結時間對鎢鎳鐵系重合金之密度、硬度、徑向、軸向與體積尺寸收縮率、抗拉強度和伸長率的影響。實驗結果顯示：1.W-Ni-Fe系重合金之機械性質優於W-Ni-Cu重合金，其最佳的液相成份為Ni:Fe=1:1。2.壓粉體密度與燒結密度隨成形壓力之增加而提高，但是，徑向、軸向與體積收縮率則隨成形壓力之增加而減少。3.液相含量增加時，W-Ni-Fe重合金之密度值與硬度降低，各項收縮率增大。抗拉強度於液相含量為8%時達到最大，伸長率則隨液相含量減少而顯著降低。4.重合金適當的燒結時間為30分鐘左右，燒結時間再增長無助於提升其機械性質。一、前言重合金係以粉末冶金技術製作而成，具有高密度(比重)的特性，強度和韌性頗為良好。工業上之應用為陀螺儀之轉子材料、加瑪射線的屏蔽板、高轉速機器如渦輪引擎之平衡件和攻擊裝甲車輛之穿甲彈頭。依成份可分成兩類：鎢鎳鐵系和鎢鎳銅系，係典型的液相燒結合金的一種。粉末壓胚體於燒結溫度下，藉著鎳、鐵粉末或者鎳、銅粉末熔化而形成之共晶液相，將鎢粉顆粒黏合在一起。其原理和超硬合金及混凝土近似，前者係藉燒結時形成的鈷基液相或鎳基液相，將碳化鎢或碳化鈦等硬粒子黏合在一起而形成各種超硬合金；後者則是藉砂和水泥漿把小石子黏合在一起而形成混凝土。過去，國外有關此種燒結合金所發表的論文為數不少。Edmonds曾探討液相燒結重合金內，固液相界面間產生的脆化現象及其成因(1)。Cimpoeru研究重合金在高應變率(strainrate)下之機械性質(2)，Lea等人探討重合金內固液相界面間，雜質元素偏析之現象及解決的方法(3)。German調查燒結氣體種類對重合金機械性質的影響(4)，Zukas研究W-Ni-Fe系重合金之燒結機構(5)。O,Donnell等人探討燒結時間之長短對於重合金機械性質的影響(6)，Yoon研究重合金於氫氣之中燒結後，所遭遇的氫脆化問題(7)。Churn探討重合金於破壞時，所產生的結構變化過程與現象(8)。Hong調查磷含量對重合金衝擊強度的影響(9)。本文之實驗工作從技術實務層面著手，探討成形壓力、燒結時間、液相含量第2页共9页第1页共9页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共9页等製程因素對燒結密度、硬度、尺寸收縮率和抗拉強度的影響。在相同的鎢粉固相含量下，液相合金成份對重合金機械性質的影響。在相同的液相成份下，液相含量對成形密度、燒結密度、尺寸變化率、合金之硬度、抗拉強度與伸長率的影響。接著，調查在固定的鎢含量與液相成份下，燒結時間之長短對機械性質的影響。二、實驗方法1、實驗用材料A.鎢粉德國H.C.Starck公司所生產，平均粒度分別為2.0μm。其粒度分佈如表一所示：表一鎢粉之粒度分佈μm0.1-0.20.2-0.30.3-0.40.4-0.50.5-0.60.6-0.80.8-1.0%0002.52.555μm1-22-33-44-55-66-88-10%33241053.565B.銅粉以霧化法製成，粒度小於44μm，純度為99%以上。C.鐵粉為carbonyleiron粉，平均粒度為3.0μm。D.鎳粉為carbonylenickel粉，平均粒度為3.0μm。E.成形結合劑將適量的石蠟溶解於乙醚裡，做成之溶液與鎢鎳銅或鎢鎳鐵粉末攪拌均勻。靜置等待乙醚完全揮發，石蠟會在粉末顆粒表面形成被覆層，以作為加壓成形時之粉粒結合劑。2、實驗設備A.萬能試驗機最大出力為30噸，用於拉伸試件之加壓成形和燒結合金拉伸試件抗拉強度的測試。B.桌上型油壓成形機最大出力為10噸，用於圓形試件的加壓成形以量測試件於燒結前後的尺寸與體積變化率。C.低溫燒結爐最高使用溫度為1100oC，用於粉末成形試件的脫蠟與預燒結。D.高溫燒結爐最高使用溫度為1500oC，用於粉末成形試件的燒結。E.光學顯微鏡觀察燒結合金之金相組織與鎢固相顆粒之大小。F.硬度試驗電子式之洛氏Rockwell硬度試驗機3、實驗過程秤量預定份量的鎳粉與鐵粉(或銅粉)置於研缽內研混均勻，然後加入等體積的鎢粉研混；接著將此W-Ni-Fe基粉倒入大量的鎢粉末內進行攪拌。如此，可使少量的鎳、鐵粉末(3-10%)均勻地分散於大量的鎢粉(90-97%)裡面。為...