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1、 胺类固化剂
w(100 质量份数树脂所需胺固化剂质量份数)/% =（胺当量/环氧当量）*100 质量份数树脂 =（胺的分子质量*100 质量份数树脂）/（胺分子中活泼氢原子数*环氧当量） =（胺的分子质量/胺分子中活泼氢原子数）*环氧值 =（胺的分子质量/胺分子中活泼氢原子数）*（环氧基质量百分数/环氧基分子质量）
2、 低相对分子量聚酰胺用量计算
低相对分子量聚酰胺产品指标说明中常用“胺值“这一指标衡量氨基的多少，陈声锐认为，这不能正常正确反映活泼氢原子的数目，因此不能简单地将胺值作为计算聚酰胺用量的依据。对于典型的聚酰胺，可以用下式计算用两。
w（聚酰胺）%=（56100/胺值*f ）*环氧值 n-3式中：56100----------KOH（*10 mol） f -------------系数，f =（n+2）/(n+1),n 为多亚乙基多胺中 CHCH —的重复数减去 1 n n 2 2
3、 酮亚胺用量计算
W(酮亚胺)%=（固化剂当量/环氧当量）*100
这里的“当量“系指酮亚胺和水完全反应时相当
 
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
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No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com
/ FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North
Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
City,Chiayi Hsien,Taiwan
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情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。
弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、
豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。
弊社は各領域に供給できる内容は：
（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ
（２）Carbide Cutting tools設計
（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（６）ダイヤモンド・エンド・ミル
（７）医療用品エンド・ミル設計
（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給
（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給
（４）オートメーション整備調達
（５）スポット対応～流れ生産対応
弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
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Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır.
Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini
Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel
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BW специализируется
в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым
высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих /
фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и
электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид /
быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC
картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы,
фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм
для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
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is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide
material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for
mould & die, aero space and electronic industry. Our main products
include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card
cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread
reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and
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环
氧树脂的固化反应是通过加入固化剂来实现的。固化剂大多是直接参加反应而结合在漆膜结构中，当采用聚酰胺树脂为固化剂时，其分子结构内含有活泼的氨基，可
在常温下与环氧树脂中的环氧基反应，交联而成网状结构。确定聚酰胺树脂与环氧树脂的配比，必须考虑胺值的大小。而表征聚酰胺树脂中氨基的含量常以胺值来表
示，即指中和每lg样品所需的酸，以与其相当的氢氧化钾毫克数来表示
(mgKOH/g)。以往测定胺值采用c(HCl)=0.1mol/L(0.1N)的盐酸-乙醇液滴定，该方法只适用于脂肪胺，用以测定聚酰胺树脂时则胺
值偏低，终点显示不明显。
目前国外主要采用高氯酸非水滴定法(non aqueous titration)，作者根据该方法经过大量的分析试验对比，结果验证了其具有准确、测试方便、快速等特点，下面简略介绍用高氯酸非水滴定法的测定过程。
l实验部分
1.1仪器和试剂烘箱、分析天平(万分之一)、量筒(100mL、10mL)、锥形瓶(250mL)、酸式滴定管、干燥器。70％高氯酸(分析纯)、冰乙酸(分析纯)、纯苯(分析纯)、醋酸酐(分析纯)、邻苯二甲酸氢钾(基准物)，甲基紫(指示剂)。
1.2配制溶液指示剂：0.1％甲基紫冰乙酸溶液。溶剂：冰乙酸:纯苯=2:l
1.3
标准溶液的配制量取70％高氯酸溶液4.3mL，溶于500mL分析纯冰乙酸中，然后再取分析纯醋酸酐7.5mL，分数次加入，摇动至混合均匀，放置过
夜，使与高氯酸中含的水分反应，转变为醋酸，即为 [c(HCl04)=0.1mol/L(0.1N)]高氯酸标准溶液。
1.4标定称取
0.2～0.3g己于105～llO℃烘至恒质量的基准物邻苯二甲酸氢钾，准确至0.0001g，置于干燥的锥形瓶中，加入50mL冰乙酸，温热溶解，加
入3～4滴甲基紫指示剂，用配制好的高氯酸标准溶液 [c(HCl04)=0.1mol/L]滴定至溶液由紫色变为纯蓝色，即为终点。
1.5计算
c(HCl04)=m/(V×0.2042)式中：
c(HCl04)——高氯酸标准溶液的浓度，mol/L；
m——邻苯二甲酸氢钾的质量，g；
V——消耗的高氯酸标准溶液体积，mL；
0.2042——与1.00mL高氯酸标准溶液[c(HCl04)=0.1mol/L]相当的以克表示的邻苯二甲酸氢钾的质量。注：本溶液使用前标定。标定高氯酸标准溶液时的温度应与使用该标准溶液滴定时的温度相同。
1.6
测定方法精确称取适量的样品(聚酰胺树脂)，置于250mL锥形瓶中，加入约25mL
冰乙酸一纯苯溶剂，摇动至完全溶解后，(如样品不容易溶解时，可稍微加热然后让它冷却到室温)，加入甲基紫指示剂3～4滴，用
[c(HCl04)=0.1mol/L]高氯酸标准溶液滴定至溶液由紫色转变成纯蓝色，即为终点。
1.7计算AN(mgKOH/g)=(cV×56.1)/m
式中：C——高氯酸标准溶液的浓度，mol/L；
V——消耗的高氯酸标准溶液体积，mL：
M——样品的质量，g；
56.1——每摩尔氢氧化钾的质量。
1.8测定结果的对比盐酸-乙醇溶液的测定见表l，高氯酸溶液的测定见表2。
表1盐酸-乙醇溶液的测定
称样量/g   消耗HCl(mL)     实测胺值     平均值
0.3704      12.30             203.43   
0.3702      12.40             205.20
0.3710      12.40             204.75
0.3641      12.20             205.26
0.3591      12.01             204.88       204.70
表2 高氯酸溶液的测定
称样量/g     消耗HClO4(mL) 实测胺值     平均值
0.3232       14.40            240.45
0.3442       15.40            241.46
0.3366       15.00            240.50
0.3320       14.80            240.58
0.3305       14.70            240.04       240.60
2结果与讨论
表
l、表2检测的结果，为用户提供的聚酰胺固化剂胺值240～260mgKOH/g，用盐酸
-乙醇液法测定，数据明显偏低，造成实际配漆工作中聚酰胺用量过多，漆膜弹性增加，但耐化学品性有所下降。用高氯酸法测得的胺值比较接近用户提供的胺值，
结果比较准确，有利于我们制定正确的配比。在分析中应注意：(1)试样溶液中不可含水，以免终点判断困难，并使结果偏低。(2)冰乙酸体积随温度变化显
著，最好在恒温室内操作，若标定和分析不在同一温度，则胺值须乘以校正系数(Ft)：温度每上升1℃，乘(1.000-0.001)，温度每下降l℃，乘
(1.000+0.001)。
3结语
高氯酸非水滴定法较盐酸乙醇法准确，特别适用于聚酰胺的胺值。
(1)盐酸滴定法测胺值
定义：胺值是指每克胺类固化剂中和所需的酸，以氢氧化钾的毫克数表示之值。
原理：
分析的原理是用盐酸标准溶液滴定样品中的NH组份。一般以乙醇作溶剂，难以溶解的固化剂需用特定的混合溶剂。
适用范围：
总的胺值的测定(伯胺、仲胺和叔胺总和)
仪器：
万分之一分析天平；
微量滴定管(10ml,分度0.05ml)；
25ml带磨口塞三角挠瓶；50ml量筒
试剂和溶液：
盐酸乙醇标准溶液：C(HCl)＝0.1mol/L
无水乙醇(分析醇)；
0.1％溴酚蓝—乙醇指示剂
测定步骤：
准确称取样品0.1g(称准至0.002g)，置于三角烧瓶中，加40ml无水乙醇，待样品完全溶解后，加2-3滴0.1％溴酚蓝-乙醇指示剂，用0.1mol/L盐酸-乙醇标准溶液滴定至刚出现黄色为终点，记下盐酸消耗的毫升数。
计算：
计算公式：X=(C*V*0.0561*1000)/m
X-胺值，mgNaOH/g;
C-盐酸-乙醇标准溶液的浓度，mol/L;
V-盐酸-乙醇标准溶液的消耗量，ml;
m-样品的质量，g.
(2)高氯酸法测胺值
采用c(HCl)＝0.1mol/L(0.1N)的盐酸乙醇溶液滴定只适用于脂肪胺，对于聚酰胺树脂测得的胺值偏低，终点不明确。采用高氯酸非水滴定(non aqueous titration)，结果准确，测定方便快速。具体方法如下：
(1).试剂
指示剂：0.1％甲基紫冰醋酸溶液
高氯酸标准溶液：70％高氯酸溶液4.3ml，溶于500ml分析纯冰醋酸中，然后再取分析纯醋酸酐7.5ml，分数次加入，摇动至混合均匀，放置过夜，使之与高氯酸中的水反应，转化为醋酸，即得到c(HclO4)=0.1mol/L的高氯酸标准溶液。
标准溶液的标定：分析纯邻苯二甲酸氢钾在110～120℃温度下干燥至衡重。准确称取0.2～0.3g，溶解于冰醋酸中，加入甲基紫指示剂3～4滴，用高氯酸标准溶液滴定至溶液由紫色变成纯蓝色，即到终点。
(2).测定方法
准确称取适量的样品，置于250ml三角瓶中，加入约25ml冰醋酸－苯溶剂，摇动至完全溶解，加入甲基紫指示剂3～4滴，用高氯酸标准溶液滴定至由紫色变成纯蓝色，即到终点。
(3).计算方法
AN(mgKOH/g)＝(C*V*56.1)/m
c---高氯酸标准溶液的浓度，mol/L;
V----高氯酸标准溶液的消耗的体积,ml;
m---样品的质量,g.
(4).注意事项
a.试样溶液中不可含水，以免终点判断困难，并使结果偏低。
b.冰醋酸体积随温度显著，最好在恒温室操作，若标定和分析不在同一温度，则胺值须承以校正系数(F1).
温度每升高1℃，乘(1.000-.001)；
温度每下降1℃，乘(1.000+.001)；
环氧树脂-PU树脂固化剂配比的计算方法
1、胺类固化剂
w(100
质量份数树脂所需胺固化剂质量份数)/%=(胺当量/环氧当量)*100质量份数树脂=(胺的分子质量*100质量份数树脂)/(胺分子中活泼氢原子数*
环氧当量)=(胺的分子质量/胺分子中活泼氢原子数)*环氧值=(胺的分子质量 /胺分子中活泼氢原子数)*(环氧基质量百分数/环氧基分子质量)
2、低相对分子量聚酰胺用量计算
低相对分子量聚酰胺产品指标说明中常用“胺值“这一指标衡量氨基的多少，陈声锐认为，这不能正常正确反映活泼氢原子的数目，因此不能简单地将胺值作为计算聚酰胺用量的依据。对于典型的聚酰胺，可以用下式计算用量。
w(聚酰胺)%=(56100/胺值*f)*环氧值
式中：56100----------KOH(*10mol)
f-------------系数，f=(n+2)/(n+1)，
n为多亚乙基多胺中CHCH—的重复数减去1nn22
3、酮亚胺用量计算
W(酮亚胺)%=(固化剂当量/环氧当量)*100
这里的“当量“系指酮亚胺和水完全反应时相当
 
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2010年04月23日 02:21　來源: 大比特電子變壓器網　作者： ====
變壓器是利用電磁感應原理來改變交流電壓的裝置，指在線圈原邊繞組加交變電壓產生交變磁通，在副邊繞組感生輸出電壓，從而起到傳輸能量，變換電壓或信號電氣絕緣隔離的作用。
    變壓器在電子電路和電子設備中使用就成電子變壓器。高頻電子變壓器是指工作頻率高於20kHz的電子變壓器。為什麼選20kHz為界限？因為，20kHz是聲頻上限，超過它就聽不見可聞雜訊。
現
在的電源產品，普遍以“輕、薄、短、小”為特點向小型化和便攜化發展。電子變壓器必須適應作為用戶的電源產品對體積和重量的要求。同時，高頻電子變壓器的
最大特點就是高頻化。從變壓器工作原理得知，提高工作頻率可以減少變壓器的體積和重量，實現短小輕薄化，從而提高單位體積或重量傳輸功率，高功率密度化。
並且，電子變壓器的原材料鐵心材料和導電材料價格上漲。因此，電子變壓器需減小體積和重量輕裝上陣，才能降低成本提高重量傳輸功率更好發展。
如何在發展道路輕裝上陣，有以下三點可以借鑒：
一，整體結構優化
為
適應電子設備愈來愈輕薄短小，高頻電子變壓器可從立體結構向平面結構、片式結構、薄膜結構發展，從而形成一代又一代的新高頻電子變壓器。比如：平面變壓
器、片式變壓器、薄膜變壓器。在設計方面，要研究各種新結構的電磁場分佈，如何達到最佳優化設計，還研究多層結構的各種問題；在生產工藝方面，要研究各種
新的加工方法，從而保證性能的一致性和實現加工工藝的機械化和自動化等；還可探討空心變壓器的結構、設計方法、製造工藝和應用特點。採用電腦對整體結構方
案進行優化和具體設計，這樣可以縮短設計時間，減少材料用量，縮短生產週期，降低成本。
二、降低磁芯材料成本
磁芯在以電磁感應原理工作的高頻電子變壓器中是最關鍵的部件。磁芯材料的主要發展方向是降低損耗，加寬使用的溫度範圍和降低成本。
軟
磁鐵氧體是現在高頻電子變壓器使用的主要磁芯材料，發展方向是開發性能更好的新品種和降低成本的新工藝。它與傳統的軟磁鐵氧體和軟磁合金相比，其磁性金屬
粒子或者薄膜可以分佈在非導體和其他材料中，使高頻損耗明顯降低，提高了工作頻率。加工工藝既可採用熱壓法加工成粉芯，也可以利用現在的塑膠工程技術，注
塑成複雜形狀的磁芯，具有密度小、重量輕、生產效率高、成本低，產品重複性和一致性好等特點。還可以採用不同的配比，改變磁性。上面已介紹軟磁鐵氧體和坡
莫合金組成的複合材料的例子，現在已開發出工作頻率10kHz以上的軟磁複合材料粉芯，在高頻用濾波電感器中可代替軟磁鐵氧體。
根據高頻
電子變壓器整體結構的發展要求，磁芯結構發展方向是平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯。平面磁芯以前有的是用原來的軟磁鐵氧體磁芯進行改造，現在已有專門用於
平面變壓器的各種低高度軟磁鐵氧體磁芯。將來還可能開發出各種低高度軟磁複合材料磁芯。片式變壓器的磁芯除了將平面磁芯進一步壓縮而外，也有採用共燒法製
造的片式磁芯。
三、線圈結構發展
線圈結構主要的發展方向是平面線圈，片式線圈和薄膜線圈。
立體結構的高
頻變壓器線圈，導線材料考慮集膚效應和鄰近效應採用多股絞線，有時也採用扁銅線和銅帶。絕緣材料採用耐熱等級高的材料，以便提高允許溫升和縮小線圈體積，
採用雙層和三層絕緣導線，減少線圈尺寸。曾經國內開發出以納米技術把雲母泳塗在銅線上的C級絕緣電磁線，已經在工頻電機和變壓器中應用，取得良好的效果，
估計在高頻電子變壓器中也會得到應用。
平面結構線圈採用銅箔導線，大多數採用單層和多層印刷電路板製造，也有採用一定圖形的銅箔，多個折疊而成的。絕緣材料一般採用B級材料。
薄膜結構線圈，導線採用銅、銀和金薄膜，製成梳形、螺旋形、運動場形等圖形，絕緣材料採用H級和C級材料。可多層結構或者幾個多層線圈組合起來，或者是幾個線圈和幾個磁芯交叉重疊而成。
 
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BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com
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No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com
/ FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North
Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
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弊社は各領域に供給できる内容は：
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（３）鎢鋼エンド・ミル設計
（４）航空エンド・ミル設計
（５）超高硬度エンド・ミル
（６）ダイヤモンド・エンド・ミル
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（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計
弊社の製品の供給調達機能は：
（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計
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弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。
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Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z)
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Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik
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для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано
инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.
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is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide
material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for
mould & die, aero space and electronic industry. Our main products
include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card
cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread
reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and
worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline
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引言
粉
末冶金作为一个重要的成型工艺被机械等行业广泛应用。粉末冶金的成型模具和整形模具的质量和寿命是决定粉末冶金零件的质量与寿命的重要因素，因此，提高粉
末冶金模具的质量和寿命对扩大粉末冶金零件的应用范围是非常重要的。粉末冶金模具在使用过程中通常是由于磨损而引起尺寸超差而失效报废的。工具钢一般热处
理后金相组织中都含有较多的残余奥氏体，由于残余奥氏体是一种软质相，强度硬度较低，同时残余奥氏体又是不稳定相，在模具服役过程中易发生组织转变、产生
组织应力，造成工模具早期破损，尤其是当残余奥氏体量超过5%以上时，会显著降低材料的强度和耐磨性。针对被粉末冶金行业广泛应用、价格低廉的Gr15钢
粉末冶金零件成型模具和整形模具寿命低这一情况，采用深冷处理来提高钢的耐磨性而达到延长粉末冶金模具寿命，从而降低粉末冶金零件生产成本并提高零件质
量。
1  试验方法
1.1  模具处理及试样制备
从某粉末冶金厂取一批材
料为Gr15的制动环整形模具，经正常淬火热处理后立即进行深冷处理，深冷处理后对模具进行150℃低温回火。其中深冷处理工艺分别为
-100℃，-120℃，-140℃，-160℃，-196℃，深冷处理保温时间为2h。取样是直接从深冷处理好后的模具上切割，金相试样的尺寸为
12mm×12mm×10mm，抗弯试样为Φ10mm×140mm，无缺口冲击试样的尺寸为10mm×10mm×55mm，残余奥氏体测量及硬度的测量试
样与金相试样相同。
1.2  性能检测和磨损形貌观察
在冲击试验机上测量出不同工艺的试样的冲击韧性，抗
弯刚度由万能材料试验机测出，残余奥氏体量由X-射线衍射仪测出，利用硬度计测量出各试样的硬度。把深冷处理好的整形模具装机生产，比较未经深冷处理的模
具和经不同深冷工艺处理的模具的寿命，并利用扫描电镜观察失效后的模具磨损形貌。
2  试验结果与分析
Gr15钢经不同深冷处理工艺处理后的性能如表1。表中还列出经不同深冷工艺处理的制动环整形模具的使用寿命(单个模具的整形零件个数)。
由
表1可见，Gr15钢正常热处理后仍有较多的残余奥氏体存在，深冷处理是降低残余奥氏体最有效的方法。当深冷处理温度降至-140℃以下时，残余奥氏体量
已基本稳定，这是由于温度降低到一定程度，未转变的残余奥氏体应力状态已经接近于等轴状态，残余奥氏体难以发生剪切变形，导致残余奥氏体向马氏体转变进程
停止，因此经-196℃的深冷处理后仍有少量残余奥氏体存在。由于残余奥氏体向马氏体转变，钢的硬度在深冷处理后少许提高。Gr15钢的冲击韧性并不随硬
度提高而降低，这是由于残余奥氏体是分布在马氏体针这间，因此这些新转变的马氏体较分散、细小、均匀，而且深冷处理后还保留的一部分残余奥氏体，以薄膜状
分布于马氏体周围，能增加裂纹产生和扩展的难度。因此，经深冷处理后钢的冲击韧性几乎不变。深冷处理后钢的强度有所提高。这是由于深冷处理随着残余奥氏体
向马氏体转变，组织进一步细化，硬度提高，因此，钢的整体强度得到提高。
利用扫描电镜观察粉末冶金零件制动环整形模具的磨损表面，可见模具的磨损形貌为在磨痕上布满大量剥落坑。图1箭头所示为疲劳裂纹扩展至模具表面，图2箭头所示为磨屑剥落后留下的剥落坑。
图1  扩展至模具表面的疲劳裂纹  700× 图2  模具磨损表面磨屑剥落坑  400×
结
合模具在工作过程中受力情况，可作如下分析：由于整形模具是用来压制经过烧结后的粉末冶金零件，工作压力很高，再加上烧结后的粉末冶金零件硬度较高，因
此，整形模具磨损表面布满了犁沟。另外，模具的工作表面承受很大的挤压力作用。在这强大的挤压力反复作用下，模具的亚表层软相(残余奥氏体)发生反复变
形，产生大量位错并在夹杂物等缺陷处发生塞积，从而萌生裂纹，裂纹在应力作用下不断扩展，当裂纹长度达到临界值时，表面与裂纹之间的材料被剪断，产生薄片
状磨屑。随着磨屑不断剥落，从而大大加快了模具的磨损，最终导致整形模具尺寸超差而报废。整形模具经深冷处理后残余奥氏体量显著降低，一方面由于硬度和强
度提高而增加了犁削难度，从而降低模具的磨损速率；另一方面增加了裂纹的萌生难度，再加上残余奥氏体转变后组织得到进一步细化，使裂纹扩展时需要的能量增
加，加大了裂纹扩展难度。从机械性能方面来分析，深冷处理使Cr15钢的韧性不降低，而强度提高，即钢的综合性能得到提高，从而提高了钢的抵抗裂纹萌生和
扩展的能力。这样就降低了磨屑剥落的速度，从而也提高了模具的使用寿命。因此，深冷处理既提高了整形模具抗犁削磨损的能力又提高了模具抗疲劳磨损的能力，
从而显著提高了整形模具的寿命，即在使用时单个模具整形零件个数显著增加。
3  结论
　　粉末冶金整形模
具在工作过程中承受了强大的循环挤压应力而产生疲劳磨损。整形模具经深冷处理后提高了强韧性，增加了疲劳裂纹的生成和扩展难度，降低了磨屑剥落的速率，从
而大大提高了模具的使用寿命。另一方面，粉末冶金模具经深冷处理后显著降低了残余奥氏体量，增加了模具硬度和强度，提高了模具抗犁削磨损的能力，这也显著
提高了模具的寿命。
 
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cemented carbide
粉末冶金
冶
金学的一个分支；其领域包括：①制取金属粉末；②金属粉末或金属粉末和非金属粉末的混合物，经成形和烧结,制成各种金属和金属-非金属的材料和制品。制造
和利用金属粉末，经历了很长的时间。早期是用机械粉碎法制得金、银、铜和青铜的粉末，多用作陶器等器具的装饰涂料。18世纪下半叶和19世纪上半叶，俄、
英、西班牙等国曾以工场规模制取海绵铂粒，经过热压、锻和模压、烧结等工艺制造钱币和贵重器物。1909年美国库利吉(W.D.Coolidge)发明用
粉末冶金方法制造灯泡用钨丝，奠定了现代粉末冶金的基础。此后20年间，用粉末冶金方法制造了钨、钼制品，硬质合金，青铜含油轴承，多孔过滤器，集电刷
等，逐步形成了整套粉末冶金技术。30年代旋涡研磨铁粉和碳还原铁粉问世以后，用粉末冶金法制造铁基机械零件获得了很快的发展。第二次世界大战后粉末冶金
技术发展迅速，新的生产工艺和技术装备、新的材料和制品不断出现，开拓出一些能制造特殊材料的领域，成为现代工业中重要的组成部分。
　　在粉末冶金材料生产中，铁基材料在产量上占绝大多数，其次为铜基材料、硬质合金和难熔金属。近20年来，对高性能的合金钢、铝和钛基粉末冶金材料的开发十分重视。
　
　基本工艺
包括粉末的制取、成形和烧结。粉末制取方法可归纳为机械法和物理化学法两类。具体方法有机械粉碎法、还原法、雾化法、电解法、气相沉积法、液相沉积法、还
原-化合法等。其中应用广泛的是还原法、雾化法和电解法等（见铁粉）。常用的模压成形技术已日趋机械化,自动化;热成形（包括热压、热等静压、热挤压、热
锻、电火花烧结等）是把烧结和压制工序合并进行，使材料的致密程度和性能都显著提高（见粉末冶金成形）。烧结是在高温下粉末颗粒之间物质发生迁移的复杂过
程，其结果导致金属颗粒间结合的加强和粉末烧结体的进一步致密化。烧结分为固相烧结和液相烧结（见粉末冶金烧结）。烧结或热成形后的坯材和制品视需要可进
行各种冷变形加工、热塑性加工、机械加工和热处理等。
　　粉末在成形前往往需要预处理，预处理主要包括分级、去除杂质、退火、配料（加入他种金属粉末或非金属粉末和添加剂）、混合等。原料粉末的性能对粉末冶金材料的性能影响很大，因此从质量和经济上考虑，都应重视原料粉末的选择和粉末的预处理。
　
　技术和经济特点
①能够生产用熔铸方法不能或难以生产的特殊性能和高性能的材料。例如多孔材料是有意识地控制和利用粉末冶金制品的多孔性能；假合金、金属和非金属复合材
料、金属和难熔金属化合物复合材料、粉末和纤维复合材料等是利用粉末冶金的灵活配料工艺（见多孔材料，减摩材料，摩擦材料，粉末冶金电工材料,粉末冶金磁
性材料，粉末冶金弥散强化合金,粉末冶金难熔金属材料，硬质合金，金属陶瓷）；粉末冶金合金钢和粉末冶金高温合金是利用雾化粉无宏观铸态偏析而且晶粒和第
二相细小均匀的特点。②金属损耗小。能够将原料粉末直接制成成品或接近成品的最终形状和尺寸的制品，因而不需要或只需要很少的切削加工；工艺流程短，设备
投资少。所以适用于大批量生产各种承受中等以下负载的机械零件。
　　理论的进展
随着粉末冶金技术的发展，阐明粉末压制过程和烧结过程的本质及其基本规律的理论研究也取得进展。粉末冶金压制理论是探索压制过程中颗粒移动和变形的规律，
描述压坯密度和压制压力之间的关系。粉末冶金烧结理论是探讨烧结过程中物质迁移和孔隙变化的机理，描述烧结体密度和烧结参数之间的关系。此外，在粉末冶金
工艺技术的带动下，出现了一系列与之相配合的测试技术，主要是粉末的物理、化学性能的测定，孔隙大小、数量和形态的测量，多孔体（包括近于致密的烧结体）
物理、力学性能的测定等。70年代，粉末冶金已基本形成了一个既有理论，又有工艺技术、检测方法，以及许多专用仪器设备的科学技术领域。
硬质合金
由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工
艺制成的一种合金材料。硬质化合物主要有碳化钨、碳化钛和碳化钽；粘结金属有钴、镍等金属，常用的是钴。硬质合金具有高硬度  ，常温下可达
HRA93～94，并且在500℃以下基本保持不变；其高温红硬性好，使用温度可达1000℃；抗弯强度为1000～4000MPa，抗压强度达
6000
MPa；常温刚性好，无明显的塑性变形，耐磨能力约为高速钢的15～20倍。此外，硬质合金还具有耐腐蚀、线膨胀系数小等特点。广泛用于制造切削刀具、矿
山工具、模具及耐磨、耐腐蚀部件。常用的硬质合金有碳化钨基、碳化钛基和钢结硬质合金。碳化钨基硬质合金以钴为粘结金属，有钨钴合金、钨钛钴合金、钨钽钴
合金、通用合金、耐蚀合金和超细晶粒合金等。超细晶粒合金的碳化钨最大粒度不超过1微米 
，制成的刀具适于低速切削。碳化钛基硬质合金以镍和钼为粘结金属。碳化钨基和碳化钛基硬质合金主要用于制作各种切削刀具。钢结硬质合金以钢作为粘结金属，
具有可加工性，如切削、锻造、热处理等。主要用于制造模具和耐磨、耐腐蚀部件。
 
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钢结硬质合金是介于硬质合金与合金工具钢之间的一种新型模具材料。它既具有硬质合金的特点，同时也具有普通工具钢的某些特点，概括起来如下特点：
1)钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，因此它像一般硬质合金一样，具有比工具钢更高的硬度、耐磨性和较好的刚性，同时，又由于存在着钢基体，使此种材料比一般硬质合金有着更高的强度和韧性。
2)材料经退火软化后，可承受各种切削加工，以制作形状比较复杂的模具零件。
3)钢结硬质合金可进行热处理，经一定工艺淬火、回火处理以后，使材料获得较好的机械性能，并且淬火变形极小。
4)可以承担一定的形变加工，具有一定的可锻性及一定的冷塑性变形能力。
　　钢结硬质合金的锻造
　　钢结硬质合金具有与碳素钢相似的可锻性，经锻打后其组织和性能有如下改善：
(1)通过锻造可使烧结态原材的孔隙度由0.5%减小到0.l%，从而明显地提高了其强度并改善韧性。
(2)经锻造后可使碳化钨合金久烧产品的密度由(9.85～10.03)克／厘米3而达到合格的密度≥10.2克／厘米3。
(3)
钢结合金锻造后，碳化物(指硬质相)均匀度提高，使复杂碳化物(指大颗粒状白色的[Fe·W]6C)与硬质相的桥接被打碎而呈颗粒状的碳化物。烧结态的钢
结合金中，大块状复杂碳化物数量虽少，但它破坏了硬质相的均匀分布，形成脆性区，成为裂纹的策源地，因而降低合金的强度，易造成模具工作面崩块。因此，在
钢结合金中，避免大块复杂碳化物的产生或通过锻造使之击碎对提高模具的耐磨性和韧性有极大好处。
(4)目前，由于受粉末冶金设备和工艺的限制，只能生产一些形状简单的钢结硬质合金坯料，因而可通过锻打成形来改变坯料尺寸，减少坯料加工量，提高合金材料的利用率。
(5)钢结硬度合金经改锻退火后可改善原材料表面硬度较中心处偏高的1～3毫米厚的硬壳后，且可使硬度下降HRC2～5，便于机械加工。
　　综上所述，钢结硬度合金通过锻造可改形，改善组织，提高密度、强度及韧性，效果是显著的。下表介绍了某些厂家锻与未锻的模具寿命对比。
合金牌号
模具名称
模具寿命（万件、次）
模具损坏情况及原因
备注
GT35
（未锻）
JR127-8130KW
转子片单转模
200～450
模具崩刃，局部过早磨损
某电机厂
（锻）
1950
提高硬度，寿命还可高
TLMW50
（未锻）
M14冷镦
螺母六角模
9.786～16.797
模腔崩刃，局部过早磨损
标准件厂
（锻）
提高203.535
正常磨损失效
TLMW50
（未锻）
M10冷镦模
15～22.4
模口崩裂
某螺钉厂
（锻）
58～152
模口小裂纹，模面崩裂
TLMW50
（未锻）
M12冷镦模
4～14
模口开裂
某螺钉厂
（锻）
44
后模孔拉毛
TLMW50
（未锻）
M16冷镦模
0.3～7.0
纵向开裂，模孔中大块剥落
某螺钉厂
（锻）
27～36.4
模口崩裂
 
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
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王宏宇，刘桂林，吉平平，陈康敏，许晓静
(江苏大学机械工程学院，江苏镇江 212013)
摘　要：
以铝粉和铁粉为原料，采用冷压烧结方法制备出铝-铁合金，并进行热挤压加工，研究了它的组织和性能。结果表明：随着铁含量增加，抗拉强度先升后降，伸长率
下降，硬度和耐磨性增高；Al、Al-10Fe和Al-20Fe合金的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66，1/12.2和1
/20.1，磨损表面呈铝基体、Al13Fe4硬质相和少量孔隙的耐磨组织。
关键词：铝-铁合金；组织；力学性能；磨损行为
1　引　言
铝合金是一类正在迅速发展的新型材料，已经对铝-软金属进行了较多的研究，但对铝-重金属的研究很少。作者采用粉末冶金方法制备出铝-铁合金，研究了合金的组织和性能，并与QSn6.5-0.4(市售锡青铜)进行了对比。
2　试样制备与试验方法
采
用冷压烧结和热挤压的粉末冶金方法制备铝-铁合金。原料铝粉和铁粉的粒度为200目，配料铁的体积分数为0%，10%和20%，混粉时间为120min；
冷压压力为300MPa，压制时间为6min；真空烧结，发热体为高强度石墨，真空度为10-3Pa，烧结温度为913 K，烧结时间为4
h。热挤压加工的温度为673K，挤压比为10∶1。
采用带有EDAX成分分析仪的JXA2840A型扫描电镜(SEM)观察分析微观组
织结构。采用HV21000型硬度计测量硬度，载荷为1.96N，加载时间为20s。采用排水法测量实际密度。采用块-环式MM200型磨损试验机进行耐
磨性试验，试样尺寸为20mm×10mm×8mm，对摩试样为调质态40Cr钢环，其尺寸为<50mm×<16mm×10mm，硬度为
295HV(1.96N)，试验载荷为600N，转速为400r/min，润滑油为20#机油，滴油速度为40～48滴/min，试样在磨损前后用丙酮超
声波清洗，用0.1mg感度电子分析天平称量磨损质量损失，与实际密度相除得到磨损体积损失。为便于比较，以磨损体积损失评价耐磨性。
3　试验结果与分析
3.1　显微组织
图1表明，铝-铁合金中存在较多尺寸较大的第二相，经EDAX分析(见表1)结合Al-Fe二元相图，确定出其为金属间化合物Al13Fe4。与基体铝相比，Al13Fe4硬度较高，属硬质相，是真空烧结过程中铁与铝反应生成的产物，此外还发现合金中存在少量孔隙。

         (a) Al-10Fe                                     (b) Al-20Fe
图1　铝-铁合金的SEM形貌

3.2　力学性能
表2表明，随着铁含量增高，铝-铁合金抗拉强度先升后降，伸长率下降，硬度增高；与QSn6.5-0.4相比，铝-铁合金的抗拉强度和伸长率较低，Al和Al-10Fe的硬度比QSn6.5-0.4的低，而Al-20Fe的硬度比QSn6.5-0.4的高。

图2表明，拉伸断裂的裂纹源是粉末冶金材料中的原始孔隙及硬质相与铝基体之间的界面；随着铁含量的增高，沿晶断裂趋于明显。这从微结构上证实铝-铁合金伸长率随铁含量增高而下降是其拉伸变形的裂纹源增多所致。

         (a) Al-10Fe                                   (b) Al-20Fe
图2　拉伸断口表面SEM形貌
众
所周知，粉末冶金材料随着高熔点高硬度组元的增多，致密化过程一般会变得相对困难，使材料孔隙率增高。分析认为，铝-铁合金抗拉强度随铁含量增加先升后
降，是其孔隙率和硬质相综合作用的结果。在铁含量较低时，孔隙率较低，硬质相通过阻碍位错运动而强化材料，而在铁含量过高时，孔隙率较高，材料发生早期断
裂，强度下降。
3.3　摩擦磨损性能
表3列出了四种材料在载荷600N、磨损4h后的磨损损失。可以看出：随着铁含量增加，铝-铁合金的磨损下降，对磨件的磨损增高；Al、Al-10Fe和Al-20Fe的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66，1/12.2和1/20.1。


          (a) Al                                      (b) Al-10Fe

(c) Al-20Fe
图3　载荷600N、磨损4h后磨损表面SEM形貌
图3表明，随着铁含量增加，铝-铁合金磨损表面上的塑性变形程度降低，磨损表面呈铝基体+硬颗粒+孔隙的耐磨组织。

表
4表明，随着铁含量增加，铝-铁合金磨损表面上从对磨件40Cr钢上转移而来的铬元素增加，这可能是Al13Fe4等硬质相对对磨件40Cr钢产生犁削而
转移过来的；相比QSn6.5-0.4，铝磨损表面上铬元素较少，而Al-10Fe和Al-20Fe复合材料磨损表面上的铬元素较多。
综
上可见，对于不同体系的材料，力学性能和耐磨行为没有必然关系；粉末冶金铝-铁合金具有良好的耐磨性，原因主要有：(1)磨损表面呈铝基体+硬质相+孔隙
的耐磨组织，集中了软基体+硬质点和硬基体+软质点两类耐磨组织的耐磨机理，在摩擦磨损过程中，软基体被磨损下凹，硬质相支承偶件，加上存在一些孔隙，形
成了储存润滑油所需的空间，保持连续油膜；(2)随铁含量增高，铝-铁合金的硬度增高，抵抗粘着和犁削的能力增高，材料耐磨性增加。
4　结　论
(1) 铝-铁合金组织主要由铝基体、硬质相(Al13Fe4)及少量孔隙组成。
(2) 随着铁含量增加，铝-铁合金抗拉强度先升后降，伸长率下降，Al、Al-10Fe和Al-20Fe的抗拉强度分别为230，240，128MPa，伸长率分别为2810%，12.5%，1.9%。
(3) 随着铁含量增加铝-铁合金硬度和耐磨性增高，Al、Al-10Fe和Al-20Fe的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66，1/12.2，1/20.1。
(4) 铝-铁合金磨损表面呈铝基体+硬质相+孔隙的耐磨组织。
 
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王宏宇，刘桂林，吉平平，陈康敏，许晓静
(江苏大学机械工程学院，江苏镇江 212013)
摘　要：
以铝粉和铁粉为原料，采用冷压烧结方法制备出铝-铁合金，并进行热挤压加工，研究了它的组织和性能。结果表明：随着铁含量增加，抗拉强度先升后降，伸长率
下降，硬度和耐磨性增高；Al、Al-10Fe和Al-20Fe合金的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66，1/12.2和1
/20.1，磨损表面呈铝基体、Al13Fe4硬质相和少量孔隙的耐磨组织。
关键词：铝-铁合金；组织；力学性能；磨损行为
1　引　言
铝合金是一类正在迅速发展的新型材料，已经对铝-软金属进行了较多的研究，但对铝-重金属的研究很少。作者采用粉末冶金方法制备出铝-铁合金，研究了合金的组织和性能，并与QSn6.5-0.4(市售锡青铜)进行了对比。
2　试样制备与试验方法
采
用冷压烧结和热挤压的粉末冶金方法制备铝-铁合金。原料铝粉和铁粉的粒度为200目，配料铁的体积分数为0%，10%和20%，混粉时间为120min；
冷压压力为300MPa，压制时间为6min；真空烧结，发热体为高强度石墨，真空度为10-3Pa，烧结温度为913 K，烧结时间为4
h。热挤压加工的温度为673K，挤压比为10∶1。
采用带有EDAX成分分析仪的JXA2840A型扫描电镜(SEM)观察分析微观组
织结构。采用HV21000型硬度计测量硬度，载荷为1.96N，加载时间为20s。采用排水法测量实际密度。采用块-环式MM200型磨损试验机进行耐
磨性试验，试样尺寸为20mm×10mm×8mm，对摩试样为调质态40Cr钢环，其尺寸为<50mm×<16mm×10mm，硬度为
295HV(1.96N)，试验载荷为600N，转速为400r/min，润滑油为20#机油，滴油速度为40～48滴/min，试样在磨损前后用丙酮超
声波清洗，用0.1mg感度电子分析天平称量磨损质量损失，与实际密度相除得到磨损体积损失。为便于比较，以磨损体积损失评价耐磨性。
3　试验结果与分析
3.1　显微组织
图1表明，铝-铁合金中存在较多尺寸较大的第二相，经EDAX分析(见表1)结合Al-Fe二元相图，确定出其为金属间化合物Al13Fe4。与基体铝相比，Al13Fe4硬度较高，属硬质相，是真空烧结过程中铁与铝反应生成的产物，此外还发现合金中存在少量孔隙。
         (a) Al-10Fe                                     (b) Al-20Fe
图1　铝-铁合金的SEM形貌
3.2　力学性能
表2表明，随着铁含量增高，铝-铁合金抗拉强度先升后降，伸长率下降，硬度增高；与QSn6.5-0.4相比，铝-铁合金的抗拉强度和伸长率较低，Al和Al-10Fe的硬度比QSn6.5-0.4的低，而Al-20Fe的硬度比QSn6.5-0.4的高。
图2表明，拉伸断裂的裂纹源是粉末冶金材料中的原始孔隙及硬质相与铝基体之间的界面；随着铁含量的增高，沿晶断裂趋于明显。这从微结构上证实铝-铁合金伸长率随铁含量增高而下降是其拉伸变形的裂纹源增多所致。
         (a) Al-10Fe                                   (b) Al-20Fe
图2　拉伸断口表面SEM形貌
众
所周知，粉末冶金材料随着高熔点高硬度组元的增多，致密化过程一般会变得相对困难，使材料孔隙率增高。分析认为，铝-铁合金抗拉强度随铁含量增加先升后
降，是其孔隙率和硬质相综合作用的结果。在铁含量较低时，孔隙率较低，硬质相通过阻碍位错运动而强化材料，而在铁含量过高时，孔隙率较高，材料发生早期断
裂，强度下降。
3.3　摩擦磨损性能
表3列出了四种材料在载荷600N、磨损4h后的磨损损失。可以看出：随着铁含量增加，铝-铁合金的磨损下降，对磨件的磨损增高；Al、Al-10Fe和Al-20Fe的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66，1/12.2和1/20.1。

          (a) Al                                      (b) Al-10Fe
(c) Al-20Fe
图3　载荷600N、磨损4h后磨损表面SEM形貌
图3表明，随着铁含量增加，铝-铁合金磨损表面上的塑性变形程度降低，磨损表面呈铝基体+硬颗粒+孔隙的耐磨组织。
表
4表明，随着铁含量增加，铝-铁合金磨损表面上从对磨件40Cr钢上转移而来的铬元素增加，这可能是Al13Fe4等硬质相对对磨件40Cr钢产生犁削而
转移过来的；相比QSn6.5-0.4，铝磨损表面上铬元素较少，而Al-10Fe和Al-20Fe复合材料磨损表面上的铬元素较多。
综
上可见，对于不同体系的材料，力学性能和耐磨行为没有必然关系；粉末冶金铝-铁合金具有良好的耐磨性，原因主要有：(1)磨损表面呈铝基体+硬质相+孔隙
的耐磨组织，集中了软基体+硬质点和硬基体+软质点两类耐磨组织的耐磨机理，在摩擦磨损过程中，软基体被磨损下凹，硬质相支承偶件，加上存在一些孔隙，形
成了储存润滑油所需的空间，保持连续油膜；(2)随铁含量增高，铝-铁合金的硬度增高，抵抗粘着和犁削的能力增高，材料耐磨性增加。
4　结　论
(1) 铝-铁合金组织主要由铝基体、硬质相(Al13Fe4)及少量孔隙组成。
(2) 随着铁含量增加，铝-铁合金抗拉强度先升后降，伸长率下降，Al、Al-10Fe和Al-20Fe的抗拉强度分别为230，240，128MPa，伸长率分别为2810%，12.5%，1.9%。
(3) 随着铁含量增加铝-铁合金硬度和耐磨性增高，Al、Al-10Fe和Al-20Fe的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66，1/12.2，1/20.1。
(4) 铝-铁合金磨损表面呈铝基体+硬质相+孔隙的耐磨组织。
 
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韩凤麟
(中国机协粉末冶金分会，北京　100825)
摘　要：热处理是一种成熟的，经常使用的工艺性技术。这篇文章评述了人们不大注意的铁基粉末冶金零件整体淬火时，孔隙度与合金含量对其淬透性的影响。
关键词：铁基粉末冶金零件；热处理；淬透性
在铁基粉末冶金零件生产中，零件材料必须具有的许多性能与组织结构都是在烧结过程中形成的，但其中一些性能只有通过后续热处理，才能得到改进与完善。因此，热处理对于铁基粉末冶金零件产业是极其重要的一项技术。
铁
基粉末冶金零件的热处理原理，虽然和成分相同的铸锻零件相同，但由于粉末冶金零件具有一定量孔隙度与合金化元素的微观分布可能不均一，因此，粉末冶金零件
的热处理工艺可能有所不同。关于孔隙度对铁基粉末冶金零件材料热处理性能的影响，经几十年的探索与实践，已有较清楚地认识，摘要介绍如下。
1　孔隙度对铁基粉末冶金零件整体淬火的影响
　　大部分铁基粉末冶金零件，为了增高强度、硬度及耐磨性，都需要进行整体淬火，即淬火与回火。需要进行整体淬火的铁基粉末冶金零件，其化合碳含量应≥0.3%(质量分数)，并且在图1中的A3温度以上呈奥氏体状态。

图1　碳钢的热处理相图
　　铁基粉末冶金零件的整体淬火由以下3道工序组成:
奥氏体化。在具有和化合碳含量相当碳势的保护性气氛下，将零件加热到高于A3温度，通常为850℃，并保温一定时间，其长短视零件形状及尺寸而定。诸如30min，使之奥氏体化。
淬火。从奥氏体化温度或稍低，但仍高于A3的温度，将零件淬于油或水中，使奥氏体转变成硬且脆的马氏体或贝氏体。对于铁基粉末冶金零件，最好是淬于温油(50℃)中，这是因为粉末冶金零件具有孔隙度，淬火冷却速度太快时，零件可能开裂。另外，采用盐水淬火时，淬火后，存留于孔隙中的盐水会导致零件严重腐蚀。
　
　回火。依据GB/T19076-2003“烧结金属材料-规范”铁基粉末冶金零件通常是在180℃(烧结镍钢为260℃)下回火，回火时间通常是依据零
件断面厚度，按每25.4mm回火1h。其目的是消除奥氏体转变为马氏体与贝氏体时产生的内应力。回火可减小马氏体与贝氏体的脆性，提升零件材料的韧性。
1.1　孔隙度对粉末冶金Fe-C材料淬透性的影响
淬透性的定义是，快速冷却时，在一给定深度，材料试样从奥氏体转变为马氏体的能力。淬透性通常是用顶端淬火法测定的。为测定烧结碳钢的淬透性，由水雾化铁粉与0.9%(质量分数)石墨粉的混合粉，用压制-烧结制成Φ80mm×高30mm，密度为6.0～7.1g/cm³的坯料[化合碳0.8%(质量分数)]。再由坯料切削加工成顶端淬火试样，于870℃，在中性气氛中，奥氏体化30min后水淬。从淬火端每隔2.5mm测定一次表观硬度HRA。同时，还和由C-1080锻钢切削加工的顶端淬火试样进行了对比。试验结果示于图2。
　
　从图2可看出，材料试样的密度(即孔隙度)对淬透性有若干影响。首先，孔隙度减低材料的热导率，这是因为孔隙中充满空气，而空气的热导率比钢小。另外，
由于硬度压痕和材料基体中的孔隙度相关，从而也影响测定的硬度值。图2还表明，淬透性差不多随着烧结钢材料密度增大呈直线性增高。因此，在设计-具有给定
材料密度的粉末冶金碳钢零件时，对于选择使零件横截面能全部转变成马氏体的合适材料组成，图2是有用的。
1.2　铁基粉末冶金材料的淬透性标准
在设计-铁基粉末冶金零件时，要想使粉末金零件的横截面经过淬火-回火转变成马氏体，就必须依据材料的淬透性来选择适当的材料。

图2　烧结碳钢与常规C-1080碳钢的顶端淬火淬透性比较[2、3]
烧结钢试棒是用雾化铁粉混入0.90%石墨，经压制、烧结而成，密度为6.0～7.1g/cm³。
于870℃在中性气氛中奥氏体化30min后水淬。从淬火端每隔2.5mm测量一点
　
　就铁基粉末冶金材料而言，除上述的孔隙度影响材料的淬透性外，添加于材料中的合金化元素，诸如铜、镍、钼等，也影响材料的淬透性。美国金属粉末工业联合
会(MPIF)在1997年第一次发布了铁基粉末冶金材料的淬透性标准，见表1。这个标准是依据ASTMA255顶端淬火试验方法标准制定的。
硬度与深度的关系曲线是用HRA硬度标尺作出的。端淬深度是指在试样上从淬火端到硬度值低于65HRA处的深度(每间隔1.6mm(1/16英寸)取一硬度读数)。倘若试样表面的硬度未达到65HRA，则将其端淬深度(深度J)列为<1。J₆₅若为2，就表明端淬深度为2×1.6mm=3.2mm。鉴于表2中列出的淬透数据都是用表观硬度测定的，因此，测定的结果中也包括密度的影响。综上所述，要想得到粉末冶金材料的精确淬透性，必须对材料在同一密度条件下进行比较。
2　合金含量对铁基粉末冶金材料淬透性的影响
美
国评定MPIF标准35“粉末冶金结构零件材料标准”中的材料热处理性能的粉末冶金技术中心(CPMT)最近的协调工作证实，烧结零件名义组成的含碳量
(指化合碳)为0.5%(质量分数)时，热处理的材料性能最好，随着烧结体密度与合金含量增高，其可进一步减小。含碳量较高的零件淬火时，变形、脆化及淬
裂的几率增大。图3示二种预合金化粉末冶金钢的这种效应与化合碳含碳增高的关系。图4示，由于添加铜与镍，粉末冶金材料淬透性的改进。图4中所示4种组成
的试样都是在生产条件下烧结到密度为6.7g/cm³，淬火与回火的。
图4中的数据表明，铜可有效增高表面淬硬性，但只能适度增大淬透性。同时添加镍时，可进一步增大淬透性，但表面淬硬性增高不大。
图3　合金化烧结钢FL42××与FL46××的含碳量对抗拉强度的影响。烧结钢密度7.16g/cm³。
(1Ksi=6.985MPa)

图4　铜含量和镍含量对烧结钢淬透性的影响(试棒材料密度6.7g/cm3)
对3种烧结体密度为7.0g/cm³的
铁基粉末冶金材料和选择的3种常规锻钢进行的顶端淬火对比试验研究结果示于图5。通常，多用粉末冶金镍钢FN-0205零件替代SAE8620钢零件。虽
然粉末冶金FN-0205钢可达到和SAE8620钢同样的表面显微硬度，但其淬透性差，这会减低零件实际承受载荷的能力。对于这类情况，零件生产企业必
须依据对零件用途的全面分析，来确定这样替代是否合适。

图5　粉末冶金钢与常规锻钢顶端淬火淬透性曲线比较[5]
3　孔隙度对热处理的铁基粉末冶金材料疲劳强度的影响
H1Ferguson[5]
认为，近来，对一些铁基粉末冶金材料的疲劳试验的研究表明，孔隙度影响材料的疲劳强度。孔隙除减低粉末冶金材料的热导率外，孔隙也起到提高应力的作用。对
于承受循环载荷的零件，使零件表层内形成合乎需要的压缩应力是很重要的。这也是热处理的作用与目的。零件表面层的残余压缩应力反作用于施加的拉伸应力，可
导致零件的疲劳强度增高。
从
表1所列8类铁基粉末冶金材料来看，其含碳量[化合碳(质量分数)]可分为两种，一为0.5%，一为0.8%。对于需要强度、硬度、耐磨性及疲劳强度较
高，必须进行热处理的铁基粉末冶金零件，一般推荐化合碳含量为0.5%。这时，热处理工艺应规定炉子气氛的碳势为0.70%～0.75%(质量分数)，以
使零件表面具有略高的含碳量，从而保证淬火时表面层能全部转变成马氏体。这是因为含碳量增高时，马氏体转变的温度(Ms)减低。当心部材料达到温度(Ms)时，产生马氏体相变，与之同时体积胀大，结果对淬硬的表面层作用以压力，形成残余压缩应力分布，心部相变越充分残余表面压缩应力就越大。
H1Ferguson
认为，倘若粉末冶金零件材料孔隙度过高，则淬透性相应地减低，这时零件心部就只能有部分转变为马氏体。这就使表层应力呈平衡状态；或者有可能呈残余拉伸应
力状态，这种拉伸应力来源于外加载荷。结果，减低疲劳强度。因此，选择高强度铁基粉末冶金零件材料时，必须依据表1所示淬透性的数据来寻找合适的材料组成
与密度，使选定的零件材料具有足够高的淬透性，以期使零件能全部产生马氏体相变。另外，还应使表面层充分渗碳硬化，以期在心部发生马氏体相变之前，其奥氏
体就已全部转变成了马氏体。
另外，应该注意的是，当今，许多化合碳含量为0.8%(质量分数)的铁基粉末冶金材料也正在进行热处理。在这
种场合，倘若在零件的烧结过程中未注意到防止表面脱碳，而这是经常发生的，则在零件表面层产生的应力就可能是拉伸应力，从而使零件易于疲劳失效。对于当前
正在推广应用的烧结硬化钢，这一点是特别应该注意的。
 
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王宏宇,刘桂林,吉平平,陈康敏,许晓静
(江苏大学机械工程学院,江苏镇江212013)
摘  要:
以铝粉和铁粉为原料,采用冷压烧结方法制备出铝-铁合金,并进行热挤压加工,研究了它的组织和性能。结果表明:随着铁含量增加,抗拉强度先升后降,伸长率
下降,硬度和耐磨性增高;Al、Al-10Fe和Al-20Fe合金的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66,1/12.2和1
/20.1,磨损表面呈铝基体、Al₁₃Fe₄硬质相和少量孔隙的耐磨组织。
关键词:铝-铁合金;组织;力学性能;磨损行为
1  引言
铝合金是一类正在迅速发展的新型材料,已经对铝-软金属进行了较多的研究,但对铝-重金属的研究很少[1,2]。作者采用粉末冶金方法制备出铝-合金,研究了合金的组织和性能,并与QSn6.5-0.4(市售锡青铜)进行了对比。
2  试样制备与试验方法
采用冷压烧结和热挤压的粉末冶金方法制备铝-铁合金。原料铝粉和铁粉的粒度为200目,配料铁的体积分数为0%,10%和20%,混粉时间为120min;冷压压力为300MPa,压制时间为6min;真空烧结,发热体为高强度石墨,真空度为10^-3Pa,烧结温度为913K,烧结时间为4h。热挤压加工的温度为673K,挤压比为10∶1。
采
用带有EDAX成分分析仪的JXA2840A型扫描电镜(SEM)观察分析微观组织结构。采用HV21000型硬度计测量硬度,载荷为1.96N,加载时
间为20s。采用排水法测量实际密度。采用块2环式MM200型磨损试验机进行耐磨性试验,试样尺寸为20mm×10mm×8mm,对摩试样为调质态
40Cr钢环,其尺寸为<50mm×<16mm×10mm,硬度为295HV(1.96N),试验载荷为600N,转速为400r/min,
润滑油为20#机油,滴油速度为40～48滴/min,试样在磨损前后用丙酮超声波清洗,用0.1mg感度电子分析天平称量磨损质量损失,与实际密度相除
得到磨损体积损失。为便于比较,以磨损体积损失评价耐磨性。
3  试验结果与分析
3.1 显微组织
图1表明,铝2铁合金中存在较多尺寸较大的第二相,经EDAX分析(见表1)结合Al-Fe二元相图，确定出其为金属间化合物Al₁₃Fe₄。与基体铝相比,Al₁₃Fe₄硬度较高,属硬质相,是真空烧结过程中铁与铝反应生成的产物,此外还发现合金中存在少量孔隙。
(a)Al-10Fe                                                   (b)Al-20Fe
图1  铝-铁合金的SEM形貌
3.2 力学性能
表2表明,随着铁含量增高,铝2铁合金抗拉强度先升后降,伸长率下降,硬度增高;与QSn6.5-0.4相比,铝-铁合金的抗拉强度和伸长率较低,Al和Al-10Fe的硬度比QSn6.5-0.4的低,而Al-20Fe的硬度比QSn6.5-0.4的高。
图2表明,拉伸断裂的裂纹源是粉末冶金材料中的原始孔隙及硬质相与铝基体之间的界面;随着铁含量的增高,沿晶断裂趋于明显。这从微结构上证实铝-铁合金伸长率随铁含量增高而下降是其拉伸变形的裂纹源增多所致。
(a)Al-10Fe                                            (b)Al-20Fe
图2   拉伸断口表面SEM形貌
众
所周知[3-7],粉末冶金材料随着高熔点高硬度组元的增多,致密化过程一般会变得相对困难,使材料孔隙率增高。分析认为,铝-铁合金抗拉强度随铁含量增
加先升后降,是其孔隙率和硬质相综合作用的结果。在铁含量较低时,孔隙率较低,硬质相通过阻碍位错运动而强化材料,而在铁含量过高时,孔隙率较高,材料发
生早期断裂,强度下降。
3.3 摩擦磨损性能
表3列出了四种材料在载荷600N、磨损4h后的磨损损失。可以看出:随着铁含量增加,铝-铁合金的磨损下降,对磨件的磨损增高;Al、Al-10Fe和Al-20Fe的磨损体积损失分别是QSn6.5-0.4的1/0.66,1/12.2和1/20.1。
(a)Al                                         (b)Al-10Fe
(c)Al-20Fe
图3  载荷600N、磨损4h后磨损表面SEM形貌
图3表明,随着铁含量增加,铝2铁合金磨损表面上的塑性变形程度降低,磨损表面呈铝基体+硬颗粒+孔隙的耐磨组织。
表
4表明,随着铁含量增加,铝2铁合金磨损表面上从对磨件40Cr钢上转移而来的铬元素增加,这可能是Al13Fe4等硬质相对对磨件40Cr钢产生犁削而
转移过来的;相比QSn6.5-0.4,铝磨损表面上铬元素较少,而Al-10Fe和Al-20Fe复合材料磨损表面上的铬元素较多。
综
上可见,对于不同体系的材料,力学性能和耐磨行为没有必然关系;粉末冶金铝2铁合金具有良好的耐磨性,原因主要有:(1)磨损表面呈铝基体+硬质相+孔隙
的耐磨组织,集中了软基体+硬质点和硬基体+软质点两类耐磨组织的耐磨机理,在摩擦磨损过程中,软基体被磨损下凹,硬质相支承偶件,加上存在一些孔隙,形
成了储存润滑油所需的空间,保持连续油膜;(2)随铁含量增高,铝2铁合金的硬度增高,抵抗粘着和犁削的能力增高,材料耐磨性增加。
4  结论
(1)铝2铁合金组织主要由铝基体、硬质相(Al₁₃Fe₄)及少量孔隙组成。
(2)随着铁含量增加,铝2铁合金抗拉强度先升后降,伸长率下降,Al、Al-10Fe和Al-20Fe的抗拉强度分别为230,240,128MPa,伸长率分别为2810%,12.5%,1.9%。
(3)随着铁含量增加铝2铁合金硬度和耐磨性增高,Al、Al-10Fe和Al-20Fe的磨损体积损失分别是QSn6.520.4的1/0.66,1/12.2,1/20.1。
(4)铝2铁合金磨损表面呈铝基体+硬质相+孔隙的耐磨组织。
 
歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、航空機械鉸刀、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！
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第一汽车集团公司铸模厂 张兴涛
活
塞环是发动机主要零件之一，也称为心脏零件。它在发动机中处于高温、高压、磨料磨损和磨蚀介质的条件下工作。随着发动机向高速大功率发展，活塞环的工作条
件更加苛刻，活塞环最终失去工作能力，则是由于磨损严重、弹力消失及功率过大所造成。而活塞环耐磨性和弹力与铸铁活塞环金相组织密切相关，金相组织的好坏
直接影响活塞环的机械性能和使用寿命。
为达到设计要求、保证活塞环的各种机械性能，如硬度、弹力、抗弯强度、弹力保持性和热稳定性等，必须具有良好的金相组织，这样才能使发动机始终处于良好的工作状态。
从1986年7月我厂正式转产CAl41汽车以来，活塞环材料采用了国际上很少使用的铌铬合金铸铁。目前，国内只有我厂采用这种新材料生产活塞环，国外也只有日本帝国活塞环公司生产这种材料的活塞环，而且生产批量很少。
采
用铌铬合金铸铁这一新材料生产活塞环是有客观前提的。经生产试验证明，各项指标均达到了设计要求，金相组织合格，这种铸铁活塞环的耐热性、耐磨性优良，韧
性、强度较高，抗弯强度在50～55MPa以上，硬度适中(100～105HRB)，加工性良好，贴缸压力理想，气密性好，节油性好。根据这些特点，对其
金相组织谈一点看法和认识。
1  石墨组织
活塞环采用单体铸造、过共晶成分的铌铬合金铸铁，因而活塞环金
相组织中石墨为过共晶石墨，主要是F型加细小A型、B型。这种石墨在半干和液体摩擦条件下磨损，但随着石墨数量的增加而减少，因为石墨可以吸附和存留润滑
油，其本身是一种润滑剂。石墨脱落后，其孔洞可储藏磨料。但粗大的石墨会造成材料应力集中(切口作用)和截面积缩减作用，这将降低铸件的机械性能。石墨组
织是影响活塞环弹性的主要因素，在基体组织相同时，适当调整石墨的形状、数量、大小及分布可获得不同的性能。粗大石墨、过多的D、E型石墨、偏析型石墨均
会使环的机械性能降低。试验结果和生产实际表明，粗大的石墨(如图1)，其弹性模数只有60000MPa左右，而且硬度较低(92HRB)，抗弯强度只有
30MPa以下，这种石墨在生产中是不允许的。过多的D、E型石墨，也称为共晶石墨或过冷石墨，这种石墨应控制在不超过视野面积的35％(如图2)，若超
过则会影响基体组织。随着D、E型石墨的不断产生，将伴随着大量的铁素体出现，有时还会产生渗碳体，使机械性能变差。尤其是在高硬度
(108～110HRB)．弹性模数13000MPa时，实际生产过程中会出现拉缸现象。
                        图l    ×100                                 图2    ×100
理想的石墨组织为中等F型加细小A、B型均匀分布(如图3)。 这种石墨具有良好的使用性能，其弹性模数为85000～100000MPa以上。行车15万公里仍能保持良好的机械性能．磨损量很小。
在
实际生产过程中，有时会出现团球状石墨加细小A、B型石墨，均匀分布(如图4)。这种石墨组织在生产中出现的几率较多，其机械性能良好．弹性模数在
100000MPa左右，抗弯强度35MPa，硬度100～103HRB，高温下工作弹力保持率在93％以上。这种石墨在国外汽车活塞环生产中应用较多．
如日本帝国PT、意大利FIAT、美国CHEVROCET等，并认为该型石墨是理想的石墨组织。
                      图3  ×lOO                                     图4   ×100
2  铁素体
关
于铁素体．几乎所有生产活塞环的厂家．其标准和技术条件中都对铁素体有一致的看法，即允许有均匀分布的小颗粒状铁素体，数量不超过所占视野的3％～5％。
在实际生产中，多数国家对颗粒状铁索体一般都控制在3％～10％。因为过多的铁索体会引起气缸和缸套的擦伤、拉缸，降低发动机的功率，影响整车性能。从我
厂生产实际情况出发，游离铁索体的含量控制在3％以内。
3  磷共晶组织
在活塞环中．磷共晶的结晶温度大约在950℃左右，其嵌入基体中间可以起网络支承载荷的骨架作用。它能减小磨损系数，增加耐磨性，并能抵挡共晶石墨和铁索体的有害作用。磷共晶按其相对的结构可分为二元磷共晶(α+Fe+Fe₃P)、三元磷共晶(α+Fe+Fe₃P+Fe₃C)及复合物(α+Fe+Fe₃P+
合金碳化物)等三种形式．在活塞环中：磷共晶体存在形式并不十分重要，而主要在于磷共晶体的形状、大小、数量和分布特征。理想的磷共晶体应为均匀分布的连
续网状或断续网或单独存在的小块状。其链长应力求小于150μm，不允许有粗长的集聚的大块存在，磷共晶的网孔不应过大。铌铬合金铸铁活塞环磷共晶组织
(见图5)是一种硬度较高的金相组织，其布氏硬度为500～600HBS，呈均匀分布的中小块状。磷共晶是仅次于铌化物的滑动支承面．起很重要的作用。因
为磷共晶具有较高的硬度，因而其耐密性良好。但过多的粗长磷共晶会导致硬度过高．加大脆性，从而使整体活塞环容易断裂。
图5  ×500
4  基体组织
铌
铬合金铸铁活塞环的基体组织为索氏体型珠光体和细小片状珠光体．其片间距应小于0.8mm，这样才能有利于铌化物的弥散析出和镶嵌牢固。国内允许活塞环基
体组织中有针状组织存在。但铌铬合金铸铁活塞环中出现的几率极少。这是因为针状组织是一种稳定组织．在高温下产生相变，因此我厂不允许有针状组织存在．
5  铌化物(铌、钽、碳、氮化合物)
在
铌铬合金铸铁活塞环中．铌化物在理论上．以及道路行车、台架试验的结果表明。其耐磨性都高于其它牌号合金铸铁。其机理是。在金相组织中有大量的、弥散均匀
分布的高硬度铌化物(硬度为2200～3000HV)，并镶嵌在第二、三滑动面的索氏体型珠光体及磷共晶组织之中，形成了硬质点作用的抗弯第一滑动面，与
索氏体型珠光体、磷共晶体组成了良好的耐磨结构。铌化物的形态及分布将直接反映铌环质量的好坏。从试验结果和多年生产实际来看，最为理想的铌化物应为均匀
分布的细小粒状，最大直径应不大于8μm。铌化物的数量，我厂一般控制在每平方毫米大于l000粒(如图6)。铌化物粒度过大(如图7)．则镶嵌不牢．在
工作过程中容易造成脱落。脱落下的块状铌化物在汽缸中作为高硬度磨料。将造成“拉缸”．因此铌化物的粒度应控制在一定范围内。此外，过多密集分布的铌化物
将造成铸件的局部硬度偏高，使同一片环的硬度差超出技术要求。
                       图6  ×500                                   图7  ×500
 
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张　梅,康　明,洪晓先,李　涛
(东风汽车有限公司工艺研究所,十堰442001)
 
摘　要:
对渗漏的缸体进行了解剖,并采样进行力学性能测定和显微组织检验。结果表明,渗漏与异形石墨的存在有明显的相关关系,而碲元素又与异形石墨的产生有关,当
碲的加入量(质量分数,下同)为0.002%时,石墨开始发生变异,随着碲加入量的增加,石墨变异程度逐渐严重,当碲的加入量为0.006%时石墨变异非
常严重,这种变异的石墨严重降低了铸铁的力学性能,使缸体铸件在气压试验时出现渗漏。
关键词:缸体;渗漏;异形石墨;碲涂料
1　引言
发动机的缸体、缸盖是最复杂的铸件,渗漏现象始终是缸体、缸盖产生报废的主要原因之一。由于铸件是否渗漏只有在做气压试验时才能检查出来,因此渗漏所产生的废品不仅造成的损失大,而且还大大浪费了机加工所占用的生产能力。
通
过对渗漏缸体分析发现,在大量渗漏缸体中都有变异石墨存在。笔者重点对异形石墨的产生原因进行了分析与试验,认为造成渗漏的原因与铸造工艺过程中所采用的
碲涂料的性能有关。由于该涂料的高温强度低,砂芯涂料中的碲在高温铁水的冲刷下被溶解、稀释而流失,使涂层起不到激冷作用,同时被冲刷掉的碲又会恶化铸件
的石墨形态和力学性能。
2　缸体的渗漏原因分析
随意从渗漏缸体中取一件做气压试验,发现在缸体直油道部位有气泡出现,对该渗漏部位和缸筒部位取样,并对未渗漏缸体取相同部位样进行对比分析。
对产生渗漏缸体的直油道部位解剖发现,断口上有发达的树枝晶存在,即该部位存在严重的缩松缺陷,是导致缸体产生渗漏的主要原因。
2.1　渗漏和未渗漏缸体的显微组织
渗漏和未渗漏缸体显微组织及性能对比分析见图1～6和表1。
             图1　渗漏缸体直油道部位的石墨形态　100×      图4　未渗漏缸体直油道部位的石墨形态　100×
               图2　渗漏缸体直油道部位的基体组织　100× 图5　未渗漏缸体直油道部位过渡区石墨形态　200×
图3　渗漏缸体缸筒部位枝杈状石墨　100× 图6　未渗漏缸体直油道部位的基体组织　100×
由金相分析知,渗漏和未渗漏的缸体组织存在明显的差异。①在直油道部位,未渗漏样品的表层石墨形态为枝晶片状,基体组织为Fe₃C+
珠光体,这表明涂料起到了激冷作用;渗漏样品的表层组织是正常的A型石墨和珠光体,而在缸筒部位的石墨形态发生严重变异,异形石墨主要形态为枝杈状+块状
石墨,这表明涂料中的碲已被冲走,并被稀释、溶解于其它部位。②未渗漏缸体直油道部位过渡区的石墨形态与渗漏缸体中缸筒变异石墨的形态一致。由此认为,石
墨产生变异的原因是激冷涂料中的碲元素造成的。
2.2　碲涂料的质量对渗漏的影响
发
动机缸体、缸盖的结构十分复杂,铸造热节点比较多,如主油道、分油道、螺栓孔和挺杆体孔等部位。在大批量铸造生产工艺条件下,铸造热节部位往往要使用激冷
功能涂料来促使铸件在热节处形成致密基体组织。激冷功能涂料中主要成分是碲元素,碲能有效地促进铸铁表层形成白口组织,其作用机理目前仍在探索中。但普遍
观点认为[1,2],碲是一种强烈促进铸铁按亚稳定系结晶的元素,它会使铁水产生严重成分过冷而改变铸铁凝固方式,在涂层的部位形成珠光体+Fe3C的致
密层,从而避免铸件的渗漏。但这种涂料具有低熔点、低沸点、易气化和扩散的特性,所以生产上对该涂料的使用应谨慎,否则就会适得其反,不仅得不到应有的激
冷作用,而且会降低铸件的性能。
综合上述分析结果,渗漏的缸体在涂层表面未产生白口层,并有缩松缺陷,由此可见激冷涂料未产生作用。激冷
涂料未起到激冷的作用有两种可能因素,①涂料中的碲含量较少,不能起到激冷作用;②碲涂料可能被铁水冲走。通过检验涂料的性能发现,该涂料高温粘结强度
低,在铁水的冲刷下很容易被冲走,不能发挥其在热节部位应有的激冷作用。渗漏缸体有缩松缺陷的同时,还伴随有异形石墨存在(由表1可见),并且其强度明显
低于未渗漏缸体的强度。
3　碲元素对灰铸铁(HT250)性能的影响
为证实碲元素有恶化石墨形态,降低铸件力学性能的作用,做了碲对灰铸铁性能影响的试验。
3.1　试验条件
试验采用150kg工频炉熔化,30kg浇包浇注,铸铁成分按HT250配制,浇注温度1380℃～1420℃,碲直接加入铁水中。碲的加入量分别为0%,0.001%,0.002%,0.003%和0.006%。
3.2　碲对灰铸铁石墨形态的影响
图
7为碲的不同加入量对铸铁石墨形态的影响。从试验结果可见,当铁水中加入0.001%碲时,铸铁的石墨形态基本上没有变化,属正常形态(见图7b);当铁
水中碲的加入量为0.002%时,其石墨相对变细、变短,并有少许团块状石墨(见图7c);其后,随着碲的加入量增加,其石墨变细、变短,并发生弯曲,出
现不规则的团块状石墨。当碲加入量达到0.006%时,其石墨变异已相当严重,与渗漏缸体中的异形石墨形态完全相似。
(a)　碲加入量为0%                            (b)　碲加入量为0.001%
(c)　碲加入量为0.002%                       (d)　碲加入量为0.003%
(e)　碲加入量为0.006%
图7　碲的加入量对TH250灰铸铁石墨形态的影响
3.3　碲对灰铸铁力学性能的影响
由于碲对灰铸铁的石墨形态有较大的影响,因此对其力学性能也有较大的影响。图8是不同碲的加入量对灰铸铁抗拉强度的影响。
图8　碲不同加入量对灰铸铁的抗拉强度影响
由图可见,在一定的范围内,随着碲加入量的提高,灰铸铁的抗拉强度逐渐降低。造成抗拉强度降低的原因是由于碲恶化了灰铸铁石墨形态,这种恶化的石墨形态严重割裂了基体(见表2)。
综合上述分析,当碲的加入量相对较少时,碲的作用不足以抑制石墨析出,但会阻碍石墨的生长,使石墨相对变细,发生弯曲,出现不规则的团块状;随着碲含量的增加,石墨形态由正常的A型转变为枝杈状+团块状石墨。石墨变异的结果,导致灰铸铁力学性能的降低。
4　结论
(1)导致缸体渗漏的主要原因是缩松缺陷,而缩松缺陷是由于碲涂料的高温强度低,不能发挥其在热节处应有的激冷作用所造成的。
(2)激冷涂料中的碲元素是造成枝杈状异形石墨的主要原因,该石墨的出现导致铸件的力学性能下降。
(3)碲的加入量为0.002%时,石墨开始发生变异,当加入量为0.006%时石墨变异严重。
 
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