Fe-Cu-C-MnS烧结钢组织形成与工艺的关系

D0I:10.13374/j.issnl001053x.1995.03.007 第17卷第3期 北京科技大学学报 Vol.17 No.3 19956Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1995 Fe-Cu一C-MnS烧结钢组织形成与工艺的关系* 蔡勇)王晓明)赖和怡)刘秀珍2)韩凤鳞) 1)北京科技大学材料系，北京1000832)北京粉未冶金公司实验厂 摘要本文通过SEM显微组织观察及烧结过程模型研究了Fe-Cu-C-MnS烧结钢显 微组织形成与实际工艺过程的关系，认为Fe-Cu一C-MnS烧结钢中MnS的分布与MnS 添加方式密切相关：采用混合法添加MnS时，MS通常分布在铁颗粒烧结颈附近，而采用 预合金法添加MnS时，MnS则分布于铁颗粒内. 关键词粉末冶金，烧结钢，显微组织 中图分类号TF123.11 Relationship between the Microstructure of Fe-Cu-C-MnS Sintered Steel and the Process Cai Yong Wang Xiaoming Lai Heyi Xiuzhen2)Han Fenglin2) 1)Department of Material Science and Engineering.USTB,Beijing 100083.PRC 2)Beijing Powder Metallurgy Corporation ABSTRACT Relationship between the microstructure of Fe-Cu-C-MnS sintered steel and the process is inverstigated by using SEM microstructure observation and sintering model.it has been found that the distribution of Mns is due to it's additive method,when MnS is admixed most of MnS is distributed near the sintering neck of two Fe powders while MnS is pre-alloyed,most of MnS is inside Fe powder. KEY WORDS powder metallurgy,sintered steel microstructure 添加一定含量的MS,可以有效地改善烧结钢的切削性能"~)，而对烧结钢的烧结 性能如密度、尺寸变化及力学性能不产生明显的影响，在工程实践中发现，采用不同的工 艺过程，尤其是添加MS的方式不同，烧结钢的力学性能差异较大，这将影响到烧结钢 尤其是Fe-Cu一C烧结结构钢的使用.造成力学性能差异的根本原因在于烧结钢显微 组织结构上的差异.本文通过对采用不同MnS添加方式的Fe-Cu-C-MnS烧结钢显 微组织的SEM观察和工艺过程的模型化，研究了Fe-Cu-C-MnS烧结钢的显微组 织形成与实际工艺过程的关系，说明不同的MS添加方式造成的显微组织上的差异. 1994-11-04收稿第一作者男29岁博士 *机械部”八五“攻关项目

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 巧 “ 出 一 一 一 烧结钢组织形成与工艺的关系 ‘ 蔡勇 ， 王 晓 明 赖 和 怡 刘秀珍 韩凤 鳞 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 北 京 粉 末 冶 金 公 司 实 验 厂 摘 要 本 文 通 过 显 微 组 织 观 察 及 烧 结 过 程 模 型 研 究 了 一 一 一 烧 结 钢 显 微 组 织 形 成 与 实 际 工 艺 过 程 的 关 系 ， 认 为 一 一 一 烧 结 钢 中 的 分 布 与 添 加 方 式 密 切 相 关 采 用 混 合 法 添 加 时 ， 通 常分 布 在 铁颗 粒 烧 结 颈 附近 ， 而 采 用 预 合金 法 添 加 时 ， 则 分 布 于 铁 颗 粒 内 关 键词 粉 末 冶 金 ， 烧 结 钢 ， 显 微 组 织 中图 分 类号 、 一 一 一 儿 即 ， ， ， ，茂℃ 而 一 一 一 ’ ， 江 一 ， ， 而 添 加 一 定 含 量 的 ， 可 以 有 效 地 改 善 烧 结 钢 的 切 削性 能 ’ 一 ， 而 对 烧 结 钢 的 烧 结 性 能 如 密 度 、 尺 寸 变 化 及 力 学 性 能 不 产 生 明显 的影 响 在 工 程 实 践 中发 现 ， 采 用 不 同 的 工 艺 过 程 ， 尤 其是 添 加 的方 式 不 同 ， 烧 结 钢 的 力 学 性 能 差 异 较 大 ， 这 将 影 响 到 烧 结 钢 尤 其 是 一 一 烧 结 结 构 钢 的使 用 造 成 力 学 性 能 差 异 的 根 本 原 因 在 于 烧 结 钢 显 微 组 织 结 构 上 的差 异 本 文 通 过 对 采 用 不 同 添 加 方 式 的 一 一 一 烧 结 钢 显 微 组 织 的 观 察 和 工 艺 过 程 的 模 型 化 ， 研 究 了 一 一 一 烧 结 钢 的 显 微 组 织 形 成 与 实 际 工 艺 过 程 的 关 系 ， 说 明 不 同 的 添 加 方 式 造 成 的显 微 组 织 上 的差 异 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 机 械 部 ‘ 八 五 ’ 攻 关 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．03．007

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 巧 “ 出 一 一 一 烧结钢组织形成与工艺的关系 ‘ 蔡勇 ， 王 晓 明 赖 和 怡 刘秀珍 韩凤 鳞 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 北 京 粉 末 冶 金 公 司 实 验 厂 摘 要 本 文 通 过 显 微 组 织 观 察 及 烧 结 过 程 模 型 研 究 了 一 一 一 烧 结 钢 显 微 组 织 形 成 与 实 际 工 艺 过 程 的 关 系 ， 认 为 一 一 一 烧 结 钢 中 的 分 布 与 添 加 方 式 密 切 相 关 采 用 混 合 法 添 加 时 ， 通 常分 布 在 铁颗 粒 烧 结 颈 附近 ， 而 采 用 预 合金 法 添 加 时 ， 则 分 布 于 铁 颗 粒 内 关 键词 粉 末 冶 金 ， 烧 结 钢 ， 显 微 组 织 中图 分 类号 、 一 一 一 儿 即 ， ， ， ，茂℃ 而 一 一 一 ’ ， 江 一 ， ， 而 添 加 一 定 含 量 的 ， 可 以 有 效 地 改 善 烧 结 钢 的 切 削性 能 ’ 一 ， 而 对 烧 结 钢 的 烧 结 性 能 如 密 度 、 尺 寸 变 化 及 力 学 性 能 不 产 生 明显 的影 响 在 工 程 实 践 中发 现 ， 采 用 不 同 的 工 艺 过 程 ， 尤 其是 添 加 的方 式 不 同 ， 烧 结 钢 的 力 学 性 能 差 异 较 大 ， 这 将 影 响 到 烧 结 钢 尤 其 是 一 一 烧 结 结 构 钢 的使 用 造 成 力 学 性 能 差 异 的 根 本 原 因 在 于 烧 结 钢 显 微 组 织 结 构 上 的差 异 本 文 通 过 对 采 用 不 同 添 加 方 式 的 一 一 一 烧 结 钢 显 微 组 织 的 观 察 和 工 艺 过 程 的 模 型 化 ， 研 究 了 一 一 一 烧 结 钢 的 显 微 组 织 形 成 与 实 际 工 艺 过 程 的 关 系 ， 说 明 不 同 的 添 加 方 式 造 成 的显 微 组 织 上 的差 异 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 机 械 部 ‘ 八 五 ’ 攻 关 项 目

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 巧 “ 出 一 一 一 烧结钢组织形成与工艺的关系 ‘ 蔡勇 ， 王 晓 明 赖 和 怡 刘秀珍 韩凤 鳞 北 京 科 技 大 学 材 料 系 ， 北 京 北 京 粉 末 冶 金 公 司 实 验 厂 摘 要 本 文 通 过 显 微 组 织 观 察 及 烧 结 过 程 模 型 研 究 了 一 一 一 烧 结 钢 显 微 组 织 形 成 与 实 际 工 艺 过 程 的 关 系 ， 认 为 一 一 一 烧 结 钢 中 的 分 布 与 添 加 方 式 密 切 相 关 采 用 混 合 法 添 加 时 ， 通 常分 布 在 铁颗 粒 烧 结 颈 附近 ， 而 采 用 预 合金 法 添 加 时 ， 则 分 布 于 铁 颗 粒 内 关 键词 粉 末 冶 金 ， 烧 结 钢 ， 显 微 组 织 中图 分 类号 、 一 一 一 儿 即 ， ， ， ，茂℃ 而 一 一 一 ’ ， 江 一 ， ， 而 添 加 一 定 含 量 的 ， 可 以 有 效 地 改 善 烧 结 钢 的 切 削性 能 ’ 一 ， 而 对 烧 结 钢 的 烧 结 性 能 如 密 度 、 尺 寸 变 化 及 力 学 性 能 不 产 生 明显 的影 响 在 工 程 实 践 中发 现 ， 采 用 不 同 的 工 艺 过 程 ， 尤 其是 添 加 的方 式 不 同 ， 烧 结 钢 的 力 学 性 能 差 异 较 大 ， 这 将 影 响 到 烧 结 钢 尤 其 是 一 一 烧 结 结 构 钢 的使 用 造 成 力 学 性 能 差 异 的 根 本 原 因 在 于 烧 结 钢 显 微 组 织 结 构 上 的差 异 本 文 通 过 对 采 用 不 同 添 加 方 式 的 一 一 一 烧 结 钢 显 微 组 织 的 观 察 和 工 艺 过 程 的 模 型 化 ， 研 究 了 一 一 一 烧 结 钢 的 显 微 组 织 形 成 与 实 际 工 艺 过 程 的 关 系 ， 说 明 不 同 的 添 加 方 式 造 成 的显 微 组 织 上 的差 异 一 一 收 稿 第 一 作 者 男 岁 博 士 机 械 部 ‘ 八 五 ’ 攻 关 项 目

Vol.17 No.3 蔡勇等：Fe-Cu-C-MnS烧结钢组织形成与工艺的关系 237 O b O e -C- D Fe Ocu -Cu ⑩Fe D MnS ⑩ I MnS Fe Fe Fe 0 Fe O 图4混合粉末状态 (a)普通水雾化铁粉 (b)600MS -MnS m w Cu-C Cu-C-MnS ⑦ m D Fe D 图5压制后压坯内粉末状态 (a)普通水雾化铁粉 (b)600MS MnS MnS Fe(F) D Cu- Fe(P) Fe(P) Cu MnS Fe(F) 图6两种Fe-(u-(-lnS烧结体中最终组织的形成

九 蔡 勇等 一 一 一 烧 结 钢 组 织 形 成 与 工 艺 的 关 系 一 一 滔 一－ 一 ⑧ ⑤导 心 ‘ 公， 一 图 混 合粉 末状 态 普通 水 雾化 铁粉 一 一 一 一 一 图 压 制 后 压 坯 内粉 末状 态 普 通 水 雾化 铁 粉 「 一 一 少 少 一 图 两 种 一 一 一 烧 结 体 中 最 终 组 织 的 形 成

·238 北京科技大学学报 1995年No.3 3.2对最终组织的评论 根据图6可知，以普通水雾化粉采用混合法添加MnS时，烧结终了时MnS主要 分布在烧结颈部，或者分布在孔隙中；600MS采用预合金法添加MnS即在铁熔 液中加人Mn,S,则雾化后在铁粉颗粒中形成MnS,烧结后MnS分布在铁颗粒内.只 有当MnS位于铁颗粒表面时，烧结后MnS才有可能存在于烧结颈部或铁颗粒间孔隙 中，但这种可能性很小， 很显然，MnS(或硫化物)不同的分布，对于Fe-Cu-C-MnS烧结钢的烧结性能 是有一定影响的.从图3~图6可知，采用混合法添加MS时，分布在两种铁颗粒间 的MS在烧结过程中会减小铁颗粒间的接触面积.这样，铁颗粒间的结合强度会降低. 4结论 (I)采用不同的添加MnS的方法所制成的Fe-Cu-C-MnS烧结钢中MnS的分 布特点不同，采用混合法加人MnS时，MnS主要分布在铁颗粒烧结颈附近或铁颗粒间 孔隙中；而采用预合金法添加MnS时，MnS均匀分布在铁颗粒基体中. (2)根据MnS不同分布特点出发，认为预合金法添加MnS可以避免不利于烧 结性能的MnS分布· 在实验过程中曾得到材料系电镜室裘宝琴、王连伟老师的帮助，在此表示诚挚的谢意· 参考文献 I Canpus J M.Machinability Studies with Sintered Ferrous Alloys.Metal Powder Report,1982, 37(5):247~262 2 James P J.The Machinability of Sintered Steels.Pmi,1990,22(6):19~23 3 Mashl S J,Smith D W.Properties of Powder Forged Steels Containing Admixed MnS. The Int J Powder Met,1992,28(3):279~288 4 Taubenblat P W.Forging of P/M Alloys with Improved Machinability.The Int J Powder Met Powder Tech,1979,15(2):121 130 5 Chopra K S.Improvement of Machinability in P/M Parts Using MnS.Progress in Powder Met,1987,43:501-510

北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 对最 终 组 织 的评 论 根 据 图 可 知 ， 以 普 通 水 雾 化 粉 采 用 混 合 法 添 加 时 ， 烧 结 终 了 时 主 要 分 布 在 烧 结 颈 部 ， 或 者 分 布 在 孔 隙 中 采 用 预 合 金 法 添 加 即 在 铁 熔 液 中加 人 、 ， 则 雾 化 后 在 铁 粉 颗 粒 中 形 成 ， 烧 结 后 分 布 在 铁 颗 粒 内 只 有 当 位 于 铁 颗 粒 表 面 时 ， 烧 结 后 才 有 可 能 存 在 于 烧 结 颈 部 或 铁 颗 粒 间 孔 隙 中 ， 但 这 种 可 能 性 很 小 很 显 然 ， 或硫 化 物 不 同 的分 布 ， 对 于 一 一 一 烧 结 钢 的 烧 结 性 能 是 有 一 定 影 响 的 从 图 一 图 可 知 ， 采 用 混 合 法 添 加 时 ， 分 布 在 两 种 铁 颗 粒 间 的 在 烧 结 过 程 中 会 减 小 铁 颗 粒 间 的 接 触 面 积 这 样 ， 铁 颗 粒 间 的结 合 强 度 会 降低 结 论 采 用 不 同 的添 加 的方 法 所 制 成 的 一 一 一 烧 结 钢 中 的 分 布 特 点 不 同 ， 采 用 混 合 法 加 人 时 ， 主 要 分 布在 铁 颗 粒 烧 结 颈 附 近 或 铁 颗 粒 间 孔 隙 中 而 采 用 预 合 金 法 添 加 时 ， 均 匀 分 布 在 铁 颗 粒 基 体 中 根 据 不 同分 布 特 点 出 发 ， 认 为 预 合 金 法 添 加 可 以 避 免 不 利 于 烧 结 性 能 的 分 布 在 实 验 过 程 中 曾 得 到 材 料 系 电 镜室 裘 宝 琴 、 王 连 伟 老 师 的 帮 助 ， 在 此 表 示 诚 挚 的 谢 意 参 考 文 献 ， ， ， ， 一 ， ， ， 一 ， ， 一 一