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鐵基粉末冶金中鉬的作用

时间:2020-08-11     作者:浙江孚菱機械【原创】

  鉬也是鐵基粉末冶金結構材料常用的合金元素,其主要作用如下:


  1.少量鉬(一般小于1.5%)的加入可以顯著提高合金的強度和硬度


  在《鉬在Fe—Ni—Mo—C低合金燒結鋼中的作用》一文中曾研究過鉬含量對合金性能的影響。

  文章指出隨著鉬含量的增加.燒結態合金的拉伸強度直線上升。而其沖擊韌性,先隨著鉬含量的增加下降,而后在鉬含量在0.2-1.0%的范圍內趨于穩定,此后再呈下降趨勢,這說明在鉬含量低時,燒結態合盒中鉬的強化效果是顯著的。但當鉬含量在一定范圍內時,在強化的同時,增加了脆性。而在熱處理狀態下,加入少量(如0.2%)的鉬,合金的強度和硬度均顯著增加。當鉬含量超過0.5%時,合金的強度和硬度趨于穩定。這說明在熱處理狀態下,微量的鉬對合金的強化效果很突出,同時,還伴隨有明顯的硬化。[1]

  

少量鉬(一般小于1.5%)的加入可以顯著提高合金的強度和硬度


  以上也是為什么通常鐵基粉末冶金的Mo含量一般不超過1.5%的原因之一。


  2. 在燒結態下,鉬的作用主要是增加珠光體含量和細化珠光體組織

  2. 在熱處理 (淬火、低溫回火)態下,鉬的作用主要是形成 Mo2C來強化晶界

  以GKN-Hoeganaes的低預合金Ancorsteel30HP及Ancorsteel85HP為例,曾在2006年,PatrickKing和SunilPatel在《LOWER MOLYBDENUM STEELS FOR HIGHPERFORMANCE POWDER METALLURGY APPLICATIONS》一文中,將以下四種不同成分的粉末(表1)在相同條件下壓制,燒結及熱處理,分別從生坯密度,燒結態和熱處理態等方面做了對比。

  

鐵基粉末冶金的Mo含量一般不超過1.5%


  生坯密度

  四種混粉生坯密度并沒有大的差異,如圖2,在600MPa 時都能維持在7.0g/cm3 左右,說明Mo預合金對于壓縮性的影響并不是特別明顯,特別說明的是由于MIX1,MIX2,MIX4中的Ni是以機械混合形式添加,因此,其8.90g/cm3的密度相對于Fe 7.87g/cm3的密度,甚至會略微提高壓縮性,這也是為什么MIX2壓縮性比MIX3稍微高的原因。

  

生坯密度


  燒結及熱處理后性能


  由下圖3至圖5可見,對比MIX1和MIX2發現,兩者成分僅僅是Mo含量的不同,隨著Mo含量的提高,在燒結態時因為Mo會促進并細化珠光體組織,其拉伸強度,屈服強度及硬度均有所提高。對比MIX2和MIX4發現,在MIX2中添加了0.3%Mo之后,在燒結態(As-Sintered)時由于MIX4中0.8%C的幫助,二者性能沒有明顯的區別,但在熱處理態(Q&T)時,MIX2的拉伸和屈服強度較沒有添加Mo元素的MIX4有了明顯的提高,說明Mo在熱處理過程中起到了強化晶界強度,增加淬硬性,從而提高機械性能的作用。[2]

  

燒結及熱處理后性能

燒結及熱處理后性能


  注:因以上數據測試的樣品尺寸較小,包括含0.3%Mo的樣品在熱處理時也幾乎是全部淬透的,因此,熱處理后性能看上去差異不是特別明顯,而實際生產中對于尺寸較大的產品,不同的Mo含量對其機械性能會有顯著差異,建議這類產品在設計時使用更高Mo含量的材料。


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