D01:10.13374j.isml00103x2006.04.012 第28卷第4期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 4 2006年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2006 高碳钢凝胶注模成形工艺 刘卫华贾成厂史延涛 北京科技大学材料科学与工程学院.北京100083 摘要对高碳钢（碳的质量分数为1%）的凝胶注模成形工艺进行了研究.采用该工艺制得质量 分数为89%的注模性能良好的料浆，并用此料浆制备出复杂形状的高碳钢制品.研究了烧结气氛 对碳含量的影响.结果表明：真空气氛烧结可以得到理想的含碳量：在分解氨气氛垫付石墨1200 ℃对坯体进行烧结，可得相对密度91%，抗弯强度400MPa,抗拉强度410MPa,组织均匀且形状复 杂的高碳钢制品。 关键词凝胶注模：高碳钢：烧结气氛：力学性能：形状 分类号TM2051 凝胶注模成形是20世纪90年代初提出的一 丙烯酰胺C2H3CONH2(代号AM),交联剂为N, 种新型近净尺寸成形技术，将传统陶瓷工艺和聚 N亚甲基双丙烯酰胺(C2H3CONH2CH2(代号 合物化学有机结合起来，将高分子化学单体聚合 为MBAM),为天津市化学试剂研究所生产，引发 思路引入到陶瓷的成形工艺中，从而可近净尺寸 剂为北京益利精细化学品公司生产的过硫酸铵 成形复杂形状的零部件刂.其构思是将有机单体 (NH4)S20s(代号APS),以去离子水做溶剂. 及粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高质量分 12实验步骤 数的浓悬浮体，并加入交联剂、引发剂及催化剂， 图1是Gelcasting工艺的详细流程.首先将 然后将这种浓悬浮体注入非多孔模型中，通过温 有机单体丙烯酰胺和交联剂N,N一亚甲基双丙 度和催化剂的作用使有机聚合物单体胶联聚合， 烯酰胺按照一定比例配合成混合溶液，加入含碳 形成三维网络状聚合物凝胶，并将颗粒粘结成坯 1%(质量分数)石墨粉和混合铁粉球磨10~15h, 体，再经低温干燥后得到性能良好的坯体 得到流动性较好的浆料，再借助真空搅拌工艺排 由于该工艺与其他传统成形工艺相比具有许 除浆料中的气泡后，加入引发剂过硫酸铵，将浓悬 多优越的特点.成为了一种独具特色又极具前景 浮液注入非孔模具中，充分混合均匀后放入60℃ 的新成形工艺，并在实际中获得了推广应用26. 烤箱中固化，模具内的有机单体发生聚合反应将 本研究将凝胶注模成形工艺应用于制备碳钢粉末 粉体包裹，成为由大分子网络定型的坯体.再经 治金材料，通过调整分散剂用量制备出了质量分 室温干燥处理，然后坯体脱模、排胶后进行不同气 数为89%的碳钢悬浮体，并研究了烧结气氛对碳 氛烧结后直接成为金属制品， 钢烧结后碳含量的影响.坯体经烧结制备出形状 粉末原料 真室搅拌 引发剂 复杂、组织均匀的碳钢制品 有机单体 混合料浆 上脱气上注模 1 实验方法 交联剂、溶剂 加热一 烧结 排胶燥脱模陶化 11材料与试剂 实验使用的原料为羰基铁粉沃泰公司生产 图1凝胶注模成形工艺流程 33%,一500目和-300目铁粉各占33.5%（质量 Fig.I Process flowchart of high carbon steel gelcasting 分数·石墨粉为北京化学试剂公司生产，碳含量 13试样性能测试 ≥98.0%（质量分数），粒度为一300目，有机单体 浆料的粘度用NDJ一79型旋转式粘度计测 收稿日期：2005-07-13修回日期：2005-09-08 量.密度根据阿基米德原理对烧结后试样进行测 作者简介：刘卫华(1976一)，女，博士研究生：贾成厂(1949一). 试.利用三点弯曲梁法测量坯体的抗弯强度，所 男.教授.博士 用设备是深圳市瑞格尔仪器有限公司微机控制电
高碳钢凝胶注模成形工艺 刘卫华 贾成厂 史延涛 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 摘 要 对高碳钢( 碳的质量分数为 1 %) 的凝胶注模成形工艺进行了研究.采用该工艺制得质量 分数为 89 %的注模性能良好的料浆, 并用此料浆制备出复杂形状的高碳钢制品.研究了烧结气氛 对碳含量的影响.结果表明:真空气氛烧结可以得到理想的含碳量;在分解氨气氛垫付石墨 1 200 ℃对坯体进行烧结, 可得相对密度 91%, 抗弯强度 400 MPa, 抗拉强度 410 MPa, 组织均匀且形状复 杂的高碳钢制品. 关键词 凝胶注模;高碳钢;烧结气氛;力学性能;形状 分类号 TM 205.1 收稿日期:2005 07 13 修回日期:2005 09 08 作者简介:刘卫华( 1976—) , 女, 博士研究生;贾成厂( 1949—) , 男, 教授, 博士 凝胶注模成形是 20 世纪 90 年代初提出的一 种新型近净尺寸成形技术, 将传统陶瓷工艺和聚 合物化学有机结合起来, 将高分子化学单体聚合 思路引入到陶瓷的成形工艺中, 从而可近净尺寸 成形复杂形状的零部件[ 1] .其构思是将有机单体 及粉末颗粒分散在介质中制成低粘度 、高质量分 数的浓悬浮体, 并加入交联剂 、引发剂及催化剂, 然后将这种浓悬浮体注入非多孔模型中, 通过温 度和催化剂的作用使有机聚合物单体胶联聚合, 形成三维网络状聚合物凝胶, 并将颗粒粘结成坯 体, 再经低温干燥后得到性能良好的坯体. 由于该工艺与其他传统成形工艺相比具有许 多优越的特点, 成为了一种独具特色又极具前景 的新成形工艺, 并在实际中获得了推广应用[ 2 6] . 本研究将凝胶注模成形工艺应用于制备碳钢粉末 冶金材料, 通过调整分散剂用量制备出了质量分 数为 89 %的碳钢悬浮体, 并研究了烧结气氛对碳 钢烧结后碳含量的影响.坯体经烧结制备出形状 复杂 、组织均匀的碳钢制品. 1 实验方法 1.1 材料与试剂 实验使用的原料为羰基铁粉( 沃泰公司生产) 33 %, -500 目和-300 目铁粉各占 33.5 %( 质量 分数) .石墨粉为北京化学试剂公司生产, 碳含量 ≥98.0 %( 质量分数) , 粒度为-300 目, 有机单体 丙烯酰胺 C2H3CONH2( 代号 AM ) , 交联剂为 N, N-亚甲基双丙烯酰胺( C2H3CONH) 2CH2( 代号 为 MBAM) , 为天津市化学试剂研究所生产, 引发 剂为北京益利精细化学品公司生产的过硫酸铵 ( NH4) 2S2O8( 代号 APS) .以去离子水做溶剂. 1.2 实验步骤 图 1 是 Gelcasting 工艺的详细流程 .首先将 有机单体丙烯酰胺和交联剂 N, N -亚甲基双丙 烯酰胺按照一定比例配合成混合溶液, 加入含碳 1 %( 质量分数) 石墨粉和混合铁粉球磨 10 ～ 15 h, 得到流动性较好的浆料, 再借助真空搅拌工艺排 除浆料中的气泡后, 加入引发剂过硫酸铵, 将浓悬 浮液注入非孔模具中, 充分混合均匀后放入 60 ℃ 烤箱中固化, 模具内的有机单体发生聚合反应将 粉体包裹, 成为由大分子网络定型的坯体.再经 室温干燥处理, 然后坯体脱模 、排胶后进行不同气 氛烧结后直接成为金属制品. 图 1 凝胶注模成形工艺流程 Fig.1 Process flowchart of high carbon steel gelcasting 1.3 试样性能测试 浆料的粘度用 NDJ -79 型旋转式粘度计测 量.密度根据阿基米德原理对烧结后试样进行测 试.利用三点弯曲梁法测量坯体的抗弯强度, 所 用设备是深圳市瑞格尔仪器有限公司微机控制电 第 28 卷 第 4 期 2006 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.4 Apr.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.04.012
。362 北京科技大学学报 2006年第4期 子万能试验机.试样尺寸为30mm×3mm×1.5 适于注模的最大质量分数.本实验中最大质量分 mm跨距为25mm,加载速度1 mm'min1.抗拉 数可达89%. 强度所用设备为深圳市三思实验设备有限公司的 22烧结气氛的影响 微机电子万能试验机，加载速度为I mm'min1. 凝胶注模成形工艺是目前制备形状复杂、均 利用洛氏硬度分析仪对制品的硬度进行测量.碳 匀性好和高性能材料的理想成形的工艺之一，高 含量用高频感应炉燃烧红外吸收法测得，试样的 碳钢烧结气氛对于保证烧结的顺利进行和产品的 微观组织与断口由扫描电子显微镜观察. 质量十分重要刀.烧结气氛可以防止或减少周围 2实验结果与讨论 环境对烧结体的有害反应.例如氧化、脱碳：可以 有效地排除有害杂质：还可以维持或改变烧结材 2.1分散剂及浆料质量分数对浆料粘度的影响 料中的有用成分.碳钢或合金钢的碳含量对其力 为了成形形状复杂的部件，浆料的流变性能 学性能的影响很大，要控制烧结体中的碳含量就 对坯体的成形质量就显得尤为重要.影响悬浮体 需要控制好烧结气氛中的碳势.烧结气氛对于其 流变性的因素很多，如分散剂、颗粒的形状、悬浮 中碳的成分可能有三种情况：渗碳、脱碳和中性. 介质的性质等，因此在凝胶注模过程中应充分考 在一氧化碳气氛中烧结铁一碳合金时，发生反应： 虑上述影响因素.研究表明，在一定范围内增加 Fe+2CO-(Fe,C)+CO2. 分散剂的量，浆料的粘度持续降低，并存在一最低 式中，(Fe,C表示碳在铁中的固溶体.如果在烧 粘度值.但分散剂的量继续增加时，粘度升高。 结坯体中有游离碳的存在，或烧结金属中碳含量 所以在凝胶注模成形工艺中，适量加入分散剂，可 超过该气体成分所允许的临界值，就会有一部分 以使浆料的粘度降低，有助于制备低粘度、高质量 分数的浆料.图2是分散剂的质量分数对88% 碳损失到气氛中去，这就是脱碳现象.如果烧结 体内的碳含量低于临界值，气氛将补充一部分碳 (质量分数)浆料粘度的影响. 到烧结体中，这就是渗碳现象.当气氛被控制到 1000 于烧结体中的某一碳含量相平衡，即具有严格相 800 等的“碳势”或“碳位”时，就成为中性气氛，控制气 600 400 氛碳势就是要在一定温度下维持气体成分的一定 200 比例 本实验采用在不同烧结气氛下烧结来研究烧 2 3 4 5 分散剂质量分数% 结气氛对碳含量的影响以及制品烧结后有机物是 图2分散剂的质量分数对浆料粘度的影响 否完全排出.采用的烧结温度均为1200℃，烧结 Fig.2 Effect of the mass fraction of dispersant on the viscosity 前碳含量均为1%（质量分数），采用了以下五种 of suspension 气氛烧结：真空石墨模具包覆烧结：真空烧结：氮 在满足成形所需粘度的前提下，凝胶注模成 气气氛烧结：分解氨石墨砖垫付气氛烧结：氢气气 形技术要求浆料有尽量高的质量分数.本文研究 氛烧结.其中氮气气氛烧结的试样放到氧化铝舟 了在最佳分散条件下，浆料粘度与质量分数之间 中，并用盖子盖住.以上烧结气氛中最终碳的质 的关系，如图3所示.可看到随着质量分数的增 量分数分别为450%.102%，0.79%，0.72% 加，粘度呈增大的趋势.所以有一个比较合适的 0018%. 1000r 通过以上测得的碳含量比较知道.真空石墨 800 模具包覆烧结碳钢发生了严重的渗碳现象.真空 600 气氛烧结碳含量有微小的变化.氮气气氛烧结由 400 于放到氧化铝舟并用盖子盖住，脱碳现象不严重 200 分解氨气气氛由于采用了用石墨砖垫付，所以其 0￥3 86 89 90 浆料质址分数% 中碳含量发生较小脱碳.流动氢气气氛发生了严 重的脱碳，氢气气氛烧结同时也说明原始浆料中 图3浆料质量分数对其粘度的影响 的有机物己经完全烧结脱除.综上可知真空烧结 Fig.3 Effect of the mass fraction on viscosity of suspension 可以获得理想的碳含量
子万能试验机, 试样尺寸为 30 mm ×3 mm ×1.5 mm 跨距为 25 mm, 加载速度 1 mm·min -1 .抗拉 强度所用设备为深圳市三思实验设备有限公司的 微机电子万能试验机, 加载速度为 1 mm·min -1 . 利用洛氏硬度分析仪对制品的硬度进行测量.碳 含量用高频感应炉燃烧红外吸收法测得 .试样的 微观组织与断口由扫描电子显微镜观察 . 2 实验结果与讨论 2.1 分散剂及浆料质量分数对浆料粘度的影响 为了成形形状复杂的部件, 浆料的流变性能 对坯体的成形质量就显得尤为重要.影响悬浮体 流变性的因素很多, 如分散剂 、颗粒的形状 、悬浮 介质的性质等, 因此在凝胶注模过程中应充分考 虑上述影响因素 .研究表明, 在一定范围内增加 分散剂的量, 浆料的粘度持续降低, 并存在一最低 粘度值 .但分散剂的量继续增加时, 粘度升高. 所以在凝胶注模成形工艺中, 适量加入分散剂, 可 以使浆料的粘度降低, 有助于制备低粘度、高质量 分数的浆料.图 2 是分散剂的质量分数对 88 % ( 质量分数) 浆料粘度的影响. 图 2 分散剂的质量分数对浆料粘度的影响 Fig.2 Effect of the mass fraction of dispersant on the viscosity of suspension 图 3 浆料质量分数对其粘度的影响 Fig.3 Effect of the mass fraction on viscosity of suspension 在满足成形所需粘度的前提下, 凝胶注模成 形技术要求浆料有尽量高的质量分数.本文研究 了在最佳分散条件下, 浆料粘度与质量分数之间 的关系, 如图 3 所示.可看到随着质量分数的增 加, 粘度呈增大的趋势.所以有一个比较合适的 适于注模的最大质量分数 .本实验中最大质量分 数可达 89 %. 2.2 烧结气氛的影响 凝胶注模成形工艺是目前制备形状复杂、均 匀性好和高性能材料的理想成形的工艺之一, 高 碳钢烧结气氛对于保证烧结的顺利进行和产品的 质量十分重要[ 7] .烧结气氛可以防止或减少周围 环境对烧结体的有害反应 .例如氧化 、脱碳;可以 有效地排除有害杂质 ;还可以维持或改变烧结材 料中的有用成分.碳钢或合金钢的碳含量对其力 学性能的影响很大, 要控制烧结体中的碳含量就 需要控制好烧结气氛中的碳势.烧结气氛对于其 中碳的成分可能有三种情况:渗碳、脱碳和中性. 在一氧化碳气氛中烧结铁-碳合金时, 发生反应 : Fe+2CO ( Fe, C) +CO2 . 式中, ( Fe, C) 表示碳在铁中的固溶体.如果在烧 结坯体中有游离碳的存在, 或烧结金属中碳含量 超过该气体成分所允许的临界值, 就会有一部分 碳损失到气氛中去, 这就是脱碳现象.如果烧结 体内的碳含量低于临界值, 气氛将补充一部分碳 到烧结体中, 这就是渗碳现象 .当气氛被控制到 于烧结体中的某一碳含量相平衡, 即具有严格相 等的“碳势”或“碳位”时, 就成为中性气氛, 控制气 氛碳势就是要在一定温度下维持气体成分的一定 比例 . 本实验采用在不同烧结气氛下烧结来研究烧 结气氛对碳含量的影响以及制品烧结后有机物是 否完全排出 .采用的烧结温度均为 1 200 ℃, 烧结 前碳含量均为 1 %( 质量分数) , 采用了以下五种 气氛烧结:真空石墨模具包覆烧结;真空烧结 ;氮 气气氛烧结;分解氨石墨砖垫付气氛烧结;氢气气 氛烧结.其中氮气气氛烧结的试样放到氧化铝舟 中, 并用盖子盖住.以上烧结气氛中最终碳的质 量分数分别为 4.50 %, 1.02 %, 0.79 %, 0.72 %, 0.018 %. 通过以上测得的碳含量比较知道.真空石墨 模具包覆烧结碳钢发生了严重的渗碳现象 .真空 气氛烧结碳含量有微小的变化.氮气气氛烧结由 于放到氧化铝舟并用盖子盖住, 脱碳现象不严重. 分解氨气气氛由于采用了用石墨砖垫付, 所以其 中碳含量发生较小脱碳.流动氢气气氛发生了严 重的脱碳, 氢气气氛烧结同时也说明原始浆料中 的有机物已经完全烧结脱除.综上可知真空烧结 可以获得理想的碳含量. · 362 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 4 期
Vol.28 No.4 刘卫华等：高碳钢凝胶注模成形工艺 ·363。 2.3烧结后制品的性能与显微结构 的成分为碳质量分数04%~0.8%，其他元素质 实验最终采用1200℃分解氨气氛烧结，保温 量分数0.2%，余量为铁.凝胶注模成形工艺制 1h,烧结后测得碳的质量分数为0.72%.图4~6 备的制品与普通粉末治金方法制备的制品的性能 分别为质量分数为89%烧结体表面形貌图、组织 比较见表1.可以看出，在相同材料成分的前提 形貌图及断面的SEM形貌图.由图4可以看出， 下，采用凝胶注模成形的样品可以得到密度超过 质量分数为89%的铁基烧结体内存在较均匀的 传统的粉末治金工艺的样品密度，而且具有较高 孔隙，其中孔隙的面积约为1%.图5是用3%硝 的强度和硬度.所以用凝胶注模成形工艺制备出 酸酒精浸蚀过的组织，可以看到组织由铁素体和 的铁基零件性能可以达到甚至超过普通粉末冶金 珠光体组成.图6中是断口组织在部分区域有 工艺 韧窝的出现，这些都与普通粉末治金烧结件类似. 图7是用凝胶注模成形工艺制得的复杂形状的高 碳钢制品 图7凝胶注模成形碳钢制品 s100μm Fig.7 Carbon steel parts with complex shapes made by gelcast- ing process 图4凝胶注模成形烧结制品表面形貌 表1两种成形工艺制品性能的比较 Fig 4 Microstruc ture of carbon steel by gelcasting Table 1 Properties of samples made by gelcasting 密度/ 工艺 抗弯强 抗拉强 HRB (g'cm-3) 度/MPa 度/MPa 普通粉末冶金 6.8 ≥300 300 250 凝胶注模成形 6.9 400 410 56 20 um 3结论 通过配制高质量分数，低粘度的浆料，调整分 图5凝胶注模成形烧结制品组织形貌 散剂及有机物配比，制定最佳烧成制度，得到相当 Fig.5 SEMimage of carbon steel by gelcasting 于普通粉末治金方法制得的碳钢部件.真空烧结 气氛是合适的烧结气氛，可以实现所要求的碳含 量.实验制备了碳含量072%的碳钢，通过凝胶 注模成形工艺得到了相对密度91%，抗弯强度 400MPa,抗拉强度410MPa且性能优良的高碳钢 制品.此工艺制备的高碳钢的性能超过普通粉末 治金方法制备的高碳钢，并可以制成形状复杂的 金属制品 参考文献 图6凝胶注模成形烧结制品的断口 Fig.6 SEM image of the fractured section ofcarbon steel by gel- I]Omatete 00,Young A C.Janney M A.Gelcasting of alumi- casting na.J Am Ceram Soc.1991.74(3):612 [2 Gilissen R.Erauw JP,Smolders A,et al.Gelcasting:a near 对凝胶注模成形工艺得到的样品与传统的粉 net shape technique.Mater Des 2000.21(4):251 末治金工艺得到的样品性能进行了比较，材料 3 Dhara S.Kamboj R K.Pradhan M.Shape forming of ceram-
2.3 烧结后制品的性能与显微结构 实验最终采用 1200 ℃分解氨气氛烧结, 保温 1 h, 烧结后测得碳的质量分数为 0.72 %.图 4 ～ 6 分别为质量分数为 89 %烧结体表面形貌图 、组织 形貌图及断面的 SEM 形貌图.由图 4 可以看出, 质量分数为 89 %的铁基烧结体内存在较均匀的 孔隙, 其中孔隙的面积约为 1 %.图 5 是用 3 %硝 酸酒精浸蚀过的组织, 可以看到组织由铁素体和 珠光体组成.图 6 中是断口组织, 在部分区域有 韧窝的出现, 这些都与普通粉末冶金烧结件类似. 图 7 是用凝胶注模成形工艺制得的复杂形状的高 碳钢制品 . 图 4 凝胶注模成形烧结制品表面形貌 Fig.4 Microstructure of carbon steel by gelcasting 图 5 凝胶注模成形烧结制品组织形貌 Fig.5 SEM image of carbon steel by gelcasting 图 6 凝胶注模成形烧结制品的断口 Fig.6 SEM image of the fractured section of carbon steel by gelcasting 对凝胶注模成形工艺得到的样品与传统的粉 末冶金工艺得到的样品性能进行了比较[ 8] , 材料 的成分为碳质量分数 0.4 %～ 0.8 %, 其他元素质 量分数<0.2 %, 余量为铁 .凝胶注模成形工艺制 备的制品与普通粉末冶金方法制备的制品的性能 比较见表 1 .可以看出, 在相同材料成分的前提 下, 采用凝胶注模成形的样品可以得到密度超过 传统的粉末冶金工艺的样品密度, 而且具有较高 的强度和硬度 .所以用凝胶注模成形工艺制备出 的铁基零件性能可以达到甚至超过普通粉末冶金 工艺 . 图 7 凝胶注模成形碳钢制品 Fig.7 Carbon steel parts with complex shapes made by gelcasting process 表 1 两种成形工艺制品性能的比较 Table 1 Properties of sampl es made by gelcasting 工艺 密度/ ( g·cm -3 ) 抗弯强 度/ MPa 抗拉强 度/ MPa HRB 普通粉末冶金 6.8 ≥300 300 50 凝胶注模成形 6.9 400 410 56 3 结论 通过配制高质量分数 、低粘度的浆料, 调整分 散剂及有机物配比, 制定最佳烧成制度, 得到相当 于普通粉末冶金方法制得的碳钢部件.真空烧结 气氛是合适的烧结气氛, 可以实现所要求的碳含 量.实验制备了碳含量 0.72 %的碳钢, 通过凝胶 注模成形工艺得到了相对密度 91 %, 抗弯强度 400M Pa, 抗拉强度 410 MPa 且性能优良的高碳钢 制品 .此工艺制备的高碳钢的性能超过普通粉末 冶金方法制备的高碳钢, 并可以制成形状复杂的 金属制品 . 参 考 文 献 [ 1] Omat et e O O, Young A C , Janney M A.Gelcasting of alumina .J Am Ceram Soc, 1991, 74( 3) :612 [ 2] Gilissen R, Erauw J P, S molders A, et al.Gelcasting :a near net shape t echnique.Mater Des, 2000, 21( 4) :251 [ 3] Dhara S, Kamboj R K, Pradhan M .Shape forming of ceramVol.28 No.4 刘卫华等:高碳钢凝胶注模成形工艺 · 363 ·
。364· 北京科技大学学报 2006年第4期 ics via gelcasting of aqeous particulate slurries.Bull Mater [6 Omatete0 0,Janrey M A,Nunn S D.Gelcasting:fmm lab Sci2002,25(6:565 oratory development toward industry production.J Eur Ceram [4]Studart A R.Pandolfell V C,Tevoont E.et al.Geling of a S0c,1997,17(2-3):407 lumina suspensions using alginic acid salt and bydoxyaluminum 【7王盘鑫.粉末治金学.北京：治金工业出版社1996：247 diacetate.J Am Ceram Soc,2002.85(11):2711 【网马莒生。精密合金及粉末治金材料.北京：机械工业出版 [5]Tari G.Gelcasting ceramics:a review.Am Ceram Bull. 社，1980：199 2003,82(4):43 Gelcasting technique of iron-carbon powder LIU Weihua,JIA Chengchang,SHI Yantao Materials Science and Engineering School.University of Science and Techmology Beijing Beijing 100083.Chim ABSTRACT Gelcasting was applied to the preparation of high carbon steel products with 1%carbon in mass fraction.The iron-carbon suspension with 89%solid loading was prepared in gelcasting and a lot of parts with complex shapes were produced with this suspension.The effect of sintering atmosphere on the carbon content of products was investigated.It is show n that sintering in vacuum can control the carbon content.The products with uniform structure,a relative density of 91%,flexural strength of 400M Pa, and tensile strength of 410MPa can be prepared after sintering at 1200 Cunder dissociated ammonia. KEY WORDS gelcasting;high carbon steel;sintering atmospheres;mechanical properties;shape
ics via gelcasting of aqueous particulate slurries.Bull Mater Sci, 2002, 25( 6) :565 [ 4] S tudart A R, Pandolfelli V C, Tevoort E, et al.Gelling of alumina suspensions using algini c acid salt and hyd roxyaluminum diacet ate .J Am Ceram Soc, 2002, 85( 11) :2711 [ 5] Tari G .Gelcasting ceramics:a review .Am Ceram Bull, 2003, 82( 4) :43 [ 6] Omat et e O O, Janney M A, Nunn S D .Gelcasting :from laborat ory development toward industry production.JEur Ceram Soc, 1997, 17( 2-3) :407 [ 7] 王盘鑫.粉末冶金学.北京:冶金工业出版社, 1996:247 [ 8] 马莒生.精密合金及粉末冶金材料.北京:机械工业出版 社, 1980:199 Gelcasting technique of iron-carbon powder LIU Weihua, JIA Chengchang , SHI Yantao Materials S cience and Engineering S chool, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, C hina ABSTRACT Gelcasting was applied to the preparation of hig h carbon steel products with 1 %carbon in mass fraction .The iron-carbon suspension with 89 %solid loading w as prepared in gelcasting and a lot of parts w ith complex shapes w ere produced with this suspension .The effect of sintering atmosphere on the carbon content of products w as investigated .It is show n that sintering in vacuum can control the carbon content .The products w ith unifo rm structure, a relative density of 91 %, flex ural strength of 400 M Pa, and tensile strength of 410 MPa can be prepared after sintering at 1 200 ℃under dissociated ammonia . KEY WORDS gelcasting ;high carbon steel ;sintering atmospheres ;mechanical properties ;shape · 364 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 4 期