一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法。它由配料、混料、压制、烧结步骤所组成。其显著特点是，采用优化设计的成分体系进行制备，在Fe‑Cu‑Ni‑Mo‑C系的基体材料上，添加1wt%‑2wt%的WC颗粒，可有效地填充基体材料的孔隙，降低材料的孔隙率，增强材料的硬度，提高材料的抗弯强度，依据本发明专利技术的WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料的制备方法所制备得到的零件，可实现添加微量的WC，即可有效地提升材料的硬度和抗弯强度，且采用的工艺适用于工业化的大批量生产，成本得到有效地降低，且产品的性能得到有效的提升，具有良好的经济效益和市场前景。

A WC Particle Reinforced Fe-based Powder Metallurgy Material and Its Preparation Method

The invention relates to a WC particle reinforced Fe-based powder metallurgical material and a preparation method thereof. It consists of proportioning, mixing, pressing and sintering steps. The notable feature of the method is that the pore of the matrix material can be filled effectively, the porosity of the material can be reduced, the hardness of the material can be strengthened, and the bending strength of the material can be improved by optimizing the composition system and adding 1 wt%2 wt% WC particles to the matrix material of the Fe_Cu_Ni_Mo_C system. According to the preparation method of the WC particles reinforced Fe-based powder metallurgical material according to the present invention, the preparation method of the Fe-based powder metallurgical material can be improved. The spare parts can effectively increase the hardness and flexural strength of materials by adding a small amount of WC. The process adopted is suitable for industrial mass production, the cost is effectively reduced, and the performance of products is effectively improved. It has good economic benefits and market prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法
本专利技术涉及粉末冶金技术，具体是一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法。
技术介绍
铁基粉末冶金材料是以铁粉作为基本粉末，加入一定量的合金元素粉末，经过混合、压制、烧结以及后续处理而得到的合金，粉末冶金工艺具有成本低、产量大、效率高、性能好等优点，相比于传统的切削加工，其更加适合于大规模批量生产，应用前景十分广阔。铁基粉末冶金材料为主的制品用途广泛，主要用于制造各类机械结构零件、轴承和耐磨材料等。特别是在汽车制造行业中，粉末冶金铁基材料发挥了重要的作用，其制备的零部件普遍应用于发动机、传送系统、ABS系统、点火装置等。但是目前铁基粉末冶金零件在汽车制造中的应用还没有被充分开发，随着汽车的产量的不断增加以及粉末冶金零件在单辆汽车上的用量增加，对于粉末冶金制品的需求量将会越来越大。此外，高性能的铁基粉末冶金零件也已经广泛应用于机械传动装置、发动机以及其他通用机械产品，在机械制造业中的发展前景非常广阔。国外每台轿车粉末冶金材料的用量已经超过12公斤。某些零件采用粉末冶金材料后可以实现以铁取代铜，以铁取代钢，降低产品成本。例如，汽车上用的衬套、减速器外壳等零件原来是青铜材料，改成粉末冶金铁基材料后，每个零件节约2-3公斤铜，成本降低近十倍，而且其耐热性、抗压强度、耐磨性有很大提高。在汽车行业用烧结粉末冶金材料代替传统的合金铸铁是必然趋势。随着现代工业的快速发展，对钢铁材料及结构件的耐高温和耐磨性能等提出了越来越高的要求。WC硬质颗粒增强钢铁基复合材料兼有钢铁材料的高强度、良好的塑性和WC增强颗粒的高硬度、高耐磨性，而且WC增强颗粒通常具有优异的耐高温性能以致提高了相应复合材料的耐高温性能。WC硬质颗粒增强钢铁基复合材料较基体材料具有更为优异的综合力学性能。目前，WC颗粒增强Fe-Cu-Ni-Mo-C系粉末冶金烧结材料的已有专利（申请号CN201110008273.7）公布了一种碳化钨颗粒增强的铁基粉末冶金材料及其制备方法，其添加较多的WC颗粒（10wt%-15wt%），采用放电等离子烧结工艺制备，存在较多的问题，包括，WC的添加量高，由于WC的价格昂贵，造成产品的成本过高；放电等离子烧结工艺设备昂贵，产品制备受限，也大幅度地提升产品的成本，不利于发挥粉末冶金工艺成本优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了克服现有技术中制备Fe-Cu-Ni-Mo-C粉末冶金材料存在的不足，优化设计了WC颗粒增强Fe-Cu-Ni-Mo-C粉末冶金复合材料的材料体系，提供一种简单、实用、有效的制备WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料的制备方法，有效地提升材料的硬度和耐磨性能等综合力学性能。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料的制备方法，采用铁粉、铜粉、镍粉、钼粉和碳为原料，包括混粉、压制、烧结等步骤，其特征在于添加硬质颗粒WC。所述的WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料的制备方法的具体步骤是：1.配料：按质量百分比计，以铜粉1.3wt%、镍粉1.5wt%、钼粉0.5wt%、碳粉2wt%，余量为铁，配制基体材料；再以基体材料98wt%-99wt%，碳化钨1wt%-2wt%进行配料。2.混料：在小型V型混料机中进行，混粉时间为90分钟，基体材料为98wt%-99wt%，碳化钨1wt%-2wt%。3.压制：采用液压压制机压制生坯，压力为700MPa。4.烧结：采用网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨，温度与时间见表1。表1烧结工艺烧结段温度/℃时间/min1865182975183111018411201851115186冷却段90压坯在烧结炉内烧结后，粉末冶金零件由机械咬合转化为金属结合。烧结是粉末冶金最基本的工序之一，对粉末冶金零件最终的物理和力学性能起着决定性的作用。在烧结过程中，除发生粉末颗粒之间的冶金结合外还发生各成分之间的合金化作用，铁粉压坯经过烧结后其强度和伸长率大幅度地提高。依据本专利技术的WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料的制备方法，在Fe-Cu-Ni-Mo-C系的基体材料上，添加1wt%-2wt%的WC颗粒，可有效地填充基体材料的孔隙，降低材料的孔隙率，增强材料的硬度，提高材料的抗弯强度。依据本专利技术所制造的WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料，采用常规的烧结方法，在基体材料上添加1wt%-2wt%的WC颗粒，具有降低材料孔隙，提高材料硬度和抗弯强度的优点，其与不同的WC颗粒添加量的材料的孔隙图与性能对比如表2和图1-11所示。可明显看到，添加1wt%-2wt%的WC的材料的硬度和抗弯强度都较高，未添加WC和添加过多WC的材料，反而使得材料性能下降，从孔隙分布图中，可以看到，添加1wt%-2wt%的WC的材料的孔隙较少，WC颗粒可实现对Fe基粉末之间缝隙的较好填充，进而降低孔隙率，连通其他强化效应，有效地提升材料硬度和抗弯强度，而添加过多的WC的材料的孔隙较大且存在WC团聚的情况，其与析出的碳化物新相“桥接”到一起的概率增加，对Fe基体造成了割裂的效应，对材料的性能不利。表2不同WC添加量的材料的性能对比序号WC添加量（wt%）硬度（HRB）抗弯强度（MPa）1088.9875.578721100.4932.766432101.6945.06444396.9884.64015498.2884.5756598.6895.71927698.4876.68728799.3826.17229890.4769.928710988686.9852111073.5654.1094本专利技术的优点：1.比未添加WC的产品，添加1wt%-2wt%的WC的材料的孔隙得到有效的填充，孔隙率降低，密度提高，连通其他强化效应，有效地提升材料硬度和抗弯强度。2.比添加过多的WC的产品，添加1wt%-2wt%的WC的材料的孔隙较小，而添加过多的WC的材料的孔隙较大且存在WC团聚的情况，其与析出的碳化物新相“桥接”到一起的概率增加，对Fe基体造成了割裂的效应，对材料的性能不利。依据本专利技术的WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料的制备方法所制备得到的零件，可实现添加微量的WC，即可有效地提升材料的硬度和抗弯强度，且采用的工艺适用于工业化的大批量生产，成本得到有效地降低，且产品的性能得到有效的提升，具有良好的经济效益和市场前景。附图说明图1是0wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图2是0wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图3是1wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图4是1wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图5是2wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图6是2wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图7是3wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图8是3wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图9是4wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图10是4wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图11是5wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图12是5wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图13是6wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图14是6wt%WC添加量的材料的200倍的孔隙图。图15是7wt%WC添加量的材料的100倍的孔隙图。图16本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法，其特征在于具体步骤是：（1）配料：按质量百分比计，以铜粉1.3wt%、镍粉1.5wt%、钼粉0.5wt%、碳粉2wt%，余量为铁，配制基体材料；再以基体材料98wt%‑99wt%，碳化钨1 wt %‑2 wt %进行配料；（2）混料：在小型V型混料机中进行，混粉时间为90分钟，基体材料为98wt%‑99 wt %，碳化钨1 wt %‑2 wt %；（3）压制：采用液压压制机压制生坯，压力为700MPa；（4）烧结：采用网带烧结炉进行烧结，烧结气氛为分解氨；烧结过程分为6段，第一段温度为865℃且时间为18分钟、第二段温度为975℃且时间为18分钟、第三段温度为1110℃且时间为18分钟、第四段温度为1120℃且时间为18分钟、第五段温度为1115℃且时间为18分钟、第六段为冷却段时间为90分钟。

【技术特征摘要】
1.一种WC颗粒增强Fe基粉末冶金材料及其制备方法，其特征在于具体步骤是：（1）配料：按质量百分比计，以铜粉1.3wt%、镍粉1.5wt%、钼粉0.5wt%、碳粉2wt%，余量为铁，配制基体材料；再以基体材料98wt%-99wt%，碳化钨1wt%-2wt%进行配料；（2）混料：在小型V型混料机中进行，混粉时间为90分钟，基体材料为98wt%-99wt%，碳化钨1wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶旋，涂华锦，钟燕辉，陈绍军，邱志文，秦岭，
申请(专利权)人：河源市山峰金属制品有限公司，河源职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44