材料与制程因素对烧结重合金机械性质影响之研究分析 机械工程专业VIP专享VIP免费

材料与制程因素对烧结重合金机械性质影响之研究摘要本文之研究目的在于探讨液相成份、成形压力与烧结时间对钨镍铁系重合金之密度、硬度、径向、轴向与体积尺寸收缩率、抗拉强度和伸长率的影响。实验结果显示：1.W-Ni-Fe系重合金之机械性质优于W-Ni-Cu重合金，其最佳的液相成份为Ni:Fe=1:1。2.压粉体密度与烧结密度随成形压力之增加而提高，但是，径向、轴向与体积收缩率则随成形压力之增加而减少。3.液相含量增加时，W-Ni-Fe重合金之密度值与硬度降低，各项收缩率增大。抗拉强度于液相含量为8%时达到最大，伸长率则随液相含量减少而显著降低。4.重合金适当的烧结时间为30分钟左右，烧结时间再增长无助于提升其机械性质。一、前言重合金系以粉末冶金技术制作而成，具有高密度(比重)的特性，强度和韧性颇为良好。工业上之应用为陀螺仪之转子材料、加玛射线的屏蔽板、高转速机器如涡轮引擎之平衡件和攻击装甲车辆之穿甲弹头。依成份可分成两类：钨镍铁系和钨镍铜系，系典型的液相烧结合金的一种。粉末压胚体于烧结温度下，藉着镍、铁粉末或者镍、铜粉末熔化而形成之共晶液相，将钨粉颗粒黏合在一起。其原理和超硬合金及混凝土近似，前者系藉烧结时形成的钴基液相或镍基液相，将碳化钨或碳化钛等硬粒子黏合在一起而形成各种超硬合金；后者则是藉砂和水泥浆把小石子黏合在一起而形成混凝土。过去，国外有关此种烧结合金所发表的论文为数不少。Edmonds曾探讨液相烧结重合金内，固液相界面间产生的脆化现象及其成因(1)。Cimpoeru研究重合金在高应变率(strainrate)下之机械性质(2)，Lea等人探讨重合金内固液相界面间，杂质元素偏析之现象及解决的方法(3)。German调查烧结气体种类对重合金机械性质的影响(4)，Zukas研究W-Ni-Fe系重合金之烧结机构(5)。O,Donnell等人探讨烧结时间之长短对于重合金机械性质的影响(6)，Yoon研究重合金于氢气之中烧结后，所遭遇的氢脆化问题(7)。Churn探讨重合金于破坏时，所产生的结构变化过程与现象(8)。Hong调查磷含量对重合金冲击强度的影响(9)。本文之实验工作从技术实务层面着手，探讨成形压力、烧结时间、液相含量等制程因素对烧结密度、硬度、尺寸收缩率和抗拉强度的影响。在相同的钨粉固相含量下，液相合金成份对重合金机械性质的影响。在相同的液相成份下，液相含量对成形密度、烧结密度、尺寸变化率、合金之硬度、抗拉强度与伸长率的影响。接着，调查在固定的钨含量与液相成份下，烧结时间之长短对机械性质的影响。二、实验方法1、实验用材料A.钨粉德国H.C.Starck公司所生产，平均粒度分别为2.0μm。其粒度分布如表一所示：表一钨粉之粒度分布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.铜粉以雾化法制成，粒度小于44μm，纯度为99%以上。C.铁粉为carbonyleiron粉，平均粒度为3.0μm。D.镍粉为carbonylenickel粉，平均粒度为3.0μm。E.成形结合剂将适量的石蜡溶解于乙醚里，做成之溶液与钨镍铜或钨镍铁粉末搅拌均匀。静置等待乙醚完全挥发，石蜡会在粉末颗粒表面形成被覆层，以作为加压成形时之粉粒结合剂。2、实验设备A.万能试验机最大出力为30吨，用于拉伸试件之加压成形和烧结合金拉伸试件抗拉强度的测试。B.桌上型油压成形机最大出力为10吨，用于圆形试件的加压成形以量测试件于烧结前后的尺寸与体积变化率。C.低温烧结炉最高使用温度为1100oC，用于粉末成形试件的脱蜡与预烧结。D.高温烧结炉最高使用温度为1500oC，用于粉末成形试件的烧结。E.光学显微镜观察烧结合金之金相组织与钨固相颗粒之大小。F.硬度试验电子式之洛氏Rockwell硬度试验机3、实验过程秤量预定份量的镍粉与铁粉(或铜粉)置于研钵内研混均匀，然后加入等体积的钨粉研混；接着将此W-Ni-Fe基粉倒入大量的钨粉末内进行搅拌。如此，可使少量的镍、铁粉末(3-10%)均匀地分散于大量的钨粉(90-97%)里面。为使镍、铁粉末更均匀地分散于钨粉之中，这些手工混合妥的W-Ni-Fe粉末倒入球磨壶内进行12小时的湿式球磨混合作业。球磨壶由之不锈钢板焊成，直径为100mm，长度为200mm。将适量的无水酒精加入混合粉末内，调合成黏稠...