中。同时碳又是扩大Y-Fe相区的元素，故当碳含量提高时，随着碳原子的扩散，Y-Fe相的 量将要增多。相反，由于磷原子在a-Fe中的溶解度比在Y-Fe中大得多，因此，磷原子主要 是溶解到a-Fe中。同时磷又是缩小Y-Fe相区的元素，故当磷含量提高时，随着磷原子扩 散，a-Fe相区不断扩大，而Y-Fe相区则相应地逐渐缩小。当Fe-P-C三元系合金的成分一 定时，在高温烧结过程中经过相变达到平衡后，其a-Fe和Y-Fe相的相对量也是一定的。 例如Fe+0.8%P+0.7%C(实际化合碳约0.3~0.4%)合金，按照Fe-P-C三元系相图在 1120℃下的截面图，其最终a-Fe相的量约为10~0%，而Y-Fe相的量将近90~100%。 不同含碳量的Fe-P-C三元系合金，经1120℃烧结，保温90分钟，然后淬火急冷，得到 的组织为铁素体+马氏体+孔隙+少量游离石墨，见图6。 从图6可以看出，在Fe-P-C三元系合金中，随含碳量提高，经淬水急冷所得组织中马 氏体量增多。 马氏体组织具有较高的硬度，再加上磷对基体a-Fe及马氏体均有固溶强化作用，故使 得淬火的Fe-P-C三元系合金具有很高的强度和硬度，如Fe+0.8%P+0.9%C合金经水淬 后其硬度可达111.6HRB。但是，这种淬火的Fe-P-C合金的冲击韧性却有明显降低。 Fe-P-C三元系合金在1120℃烧结，保度90分，然后随炉缓冷，得到的组织为铁素体+ 珠光体+孔隙+游离石墨，见图7。游离石墨对合金的机械性能有着缺口效应。 由图7可以看出，在F℃-P-C三元系合金中，当含碳量增高时，则组织中的珠光体随之 增加。例如在Fe+0.8%P+0.3%C的合金中珠光体量很少，而当含碳量由0.3%增加到 0.5%和0.9%时，则合金中珠光体量可相应增加到60%和95%。 在F©-P-C三元系合金中，由于碳含量增高，使珠光体量增加，因而合金的强度及硬度 随之增大，但是冲击韧性却相应有所降低，这主要是因为珠光体增多和游离石墨的存在降低 了合金基体的塑性。此外，由于含碳量提高，使F©-P-C三元系合金在高温烧结状态下增多 了Y-Fe相而减少了α-Fe相。这就延缓了烧结过程，不利于合金的致密化及孔隙球化。 (3)铁磷合金在烧结过程中的孔隙变化： 铁磷合金在烧结过程中，其孔隙形状将要发生显著的球化，见图8。 孔隙的显著球化无论是对铁磷合金的强度及韧性都有重要的影响，这是铁磷合金所以能 获得如此优越的综合机械性能的关键所在。 试验证明，铁磷合金中的孔隙变化与烧结温度、时间及磷含量等都有密切的关系，图9 图10是烧结保温时间及磷含量对孔隙变化的影响。由图9、图10可以看到铁磷合金内部孔隙 变化有着大致相同的规律，即随着烧结保温时间延长，或磷含量的提高，孔隙分布由相互连 通变成各自隔离，孔隙形状由不规则变成椭园形直至球形，孔隙数量由多变少。 铁磷合金中孔隙的上述变化主要是表面张力和原子的扩散所引起的，因此随着烧结保温 时间的延长，有利于原子的扩散迁移。而随着磷含量的增高，使铁磷合金在高温烧结时含有 更多的a-Fe相，因而强化了烧结过程。 根据以上分析，为了使铁磷合金得到更加理想的综合机械性能，烧结温度应适当升高一 些，保温时间适当延长一些，磷含量要适当多一些。但烧结温度过高，保温时间过长，会引 起晶粒显著长大。而磷含量过多，会引起合金基体的脆化。这些对合金的强度和韧性都是有 害的。 (4)铁磷合金在烧结过程中的晶粒长大 铁磷合金在烧结过程中，除发生相变及孔隙变化外，晶粒将要长大。 40
中 。 同时碳 又是 扩大 丫一 相 区 的元 素 ， 故 当碳 含量提 高 时 ， 随着碳原子的扩散 ， 丫一 相 的 量将要增 多 。 相 反 ， 由于 磷原 子在 一 中的溶解度 比在 丫一 中大得 多 ， 因此 ， 磷原 子主要 是 溶解到 一 中 。 同 时 磷又 是缩小丫一 相 区的元 素 ， 故 当磷 含 量 提高时 ， 随着磷原子扩 散 ， 一 相 区不断 扩大 ， 而丫一 相 区则相应 地逐渐缩小 。 当 一 一 三元 系合金的成分一 定 时 ， 在 高温烧结过程 中经过 相 变达 到平衡后 ， 其 一 和 丫一 相 的 相对量 也是 一定的 。 例如 实际 化 合碳 约 合金 ， 按照 一 一 三元 系相 图在 ℃ 下 的截 面 图 ， 其 最 终 一 相 的量 约为 ， 而丫一 相 的量 将近 。 不 同含碳 量 的 一 一 三元 系 合金 ， 经 。 ℃ 烧结 ， 保 温 分钟 ， 然后淬 火急冷 ， 得 到 的 组 织为铁素体 马 氏体 孔 隙 少量游 离石 墨 ， 见 图 。 从图 可 以 看 出 ， 在 一 一 三元 系合金中 ， 随 含碳量 提 高 ， 经淬水急 冷所得组织 中马 氏体量增 多 。 马 氏体组 织具有较高的 硬度 ， 再加 上 磷对基体 一 及马 氏体均有固溶强 化作用 ， 故使 得淬火的 一 一 三 元 系合 金具有很 高的 强度 和 硬 度 ， 如 。 。 合金经水淬 后 其 硬 度可 达 。 但是 ， 这种淬火的 一 合金 的冲击 韧 性却有 明显 降低 。 一 一 三 元 系合 金在 ℃ 烧结 ， 保 度 分 ， 然后 随炉缓 冷 ， 得 到的组 织 为铁素体 珠光 体 孔 隙 十 游 离石 墨 ， 见 图 。 游 离石 墨对 合金 的 机械性能有着缺 口 效应 。 由图 可 以看 出 ， 在 一 一 三 元系 合金 中 ， 当含碳 量增 高时 ， 则 组 织 中 的 珠光体随之 增 加 。 例如 在 十 的 合 金 中珠 光 体量 很 少 ， 而 当 含碳 量 由 增 加 到 和 时 ， 则 合金 中珠 光体量 可相 应增 加到 和 。 在 一 一 三 元 系合 金中 ， 由于碳 含 量 增高 ， 使珠光体量增加 ， 因而合 金的 强度 及硬度 随之 增大 ， 但是 冲击 韧 性却相应有所降低 ， 这主要是 因为珠光体增 多和游 离石 墨 的存在降低 了合金基体的塑 性 。 此外 ， 由于 含碳 量 提高 ， 使 一 一 三 元 系 合金在高温烧结状态 下增多 了丫一 相 而减少 了 一 相 。 这就延 缓 了烧 结过程 ， 不 利于 合金的 致密 化及孔 隙球化占 铁磷合金 在烧 结过程 中的孔 隙 变化 铁 磷合金在 烧结过程 中 ， 其孔 隙形状将要发生 显著 的球 化 ， 见 图 。 孔 隙的显著球 化无论是对铁磷合金的 强度及韧 性都有重 要的影响 ， 这 是 铁磷 合金所 以 能 获得如 此优越 的综合机械性能的关键所在 。 试验证 明 ， 铁磷 合金 中的孔 隙变 化与烧结温度 、 时间 及磷 含量 等都 有密切 的关系 ， 图 图 是 烧结保 温 时间及 磷 含量 对孔 隙变 化的影响 。 由图 、 图 可 以 看到铁 磷合金 内部孔 隙 变 化有着大致相 同的规律 ， 即随着烧结保温 时间延长 ， 或磷含量 的提 高 ， 孔 隙分布由相 互连 通 变成各自隔 离 ， 孔 隙形状 由不规则 变成椭 园形 直 至球形 ， 孔 隙数量 由多变少 。 铁磷合金 中孔 隙的 上述 变化主 要是 表面张力和原 子的扩 散所 引起的 ， 因此随着烧结保温 时间的延 长 ， 有利于原子的扩散迁移 。 而随 着磷含量 的增高 ， 使铁磷合金在高温 烧结时 含有 更 多的 一 相 ， 因而 强 化了烧结 过程 。 根据 以 上分析 ， 为 了使铁磷 合金得 到更加 理想的综 合机械性能 ， 烧结温度应 适 当升高一 些 ， 保 温 时间适 当延 长一些 ， 磷 含量 要适 当多一些 。 但烧 结温度过高 ， 保 温 时间过长 ， 会引 起晶粒 显著长大 。 而磷含量 过 多 ， 会引起 合金基体的脆 化 。 这些 对 合金的 强度和韧 性都是有 害的 一 。 铁 磷合金在烧结过程 中的 晶粒 长大 铁磷合金在 烧结过 程 中 ， 除发生相 变及孔 隙变 化外 ， 晶粒 将要长大
当烧结温度提高到1050℃以上至1200℃，由于磷铁共晶液相的形成，促进了制品的致密 化，同时铁磷合金又处在a-Fe+Y-Fc两相区或a-Fe相区烧结，随着孔隙的部分消除和集 中，晶粒将通过晶界的平直化及大小晶粒之间吞并而长大。在晶粒长大过程中由于晶界的迁 移更有利于孔隙的消除，反过来又促使晶粒长大。 试验发现当烧结温度高于1200℃时，铁磷合金的晶粒将发生显著长人，见图]1。由图11 可看出，当烧结条件由1220℃保温60分改变为1300℃保温90分时，经测定其平均品粒大小将 由50微米左右显著增大到90微米以上。同时由图11(h)还可清楚看到，由了发生品粒间的相 互吞并而引起晶界的迁移，原先晶界的痕迹还清晰可见。 试验证阴，当铁磷合金的晶粒一旦发生显著长大，则冲击韧性急剧下降。如F©+ 0.45%P的合金，当烧结条件由1220℃、保温60分，改变为1300℃、保温90分，由于晶粒显 著长大，使合金的冲击韧性由4.5公斤-米/毫米2急剧降低到0.4公斤-米/毫米2。 (5)关于铁磷合金强化机理： 铁磷合金不仅具有较高的强度，而且还有良好的韧性，即得到较为理想的综合机械性 能。综合上述分析，对铁磷合金强化机理可归纳如下： 影响铁磷合金强度的主要因素有两个，一是基体的强化，二是孔隙的数量、形状及分 布。凡是促进基体强化，并有利于孔隙的数量减少、形状球化以及分布均匀等的因素，都会 使合金的强度提高。 在铁磷合金中，磷是一个显著的强化元素，而磷的强化作用主要表现在三个方面： ①由于磷铁粉中的磷，在烧结时通过向铁粉颗粒中扩散形成铁磷固溶体，产生了显著 的固溶强化作用，而磷的固溶强化效应比起其它合金元素如Si、M、Ni、Mo等都要强得 多01。 ②由于磷有缩小Y-Fe相区的作用，使铁基材料保持在a-Fe相区或a-Fe+Y-Fe两相 区烧结。大大强化了烧结时的扩散过程，因而加速了铁基材料的孔隙球化效应和致密化过 程。 ③由于磷的加入将产生少量的共晶液相，也对烧结致密化过程起到了促进作用。 在铁磷碳合金中，碳也是一个强化元素，碳的强化作用主要是通过在烧结时溶入爽氏 体，而在冷却时形成珠光体组织来实现的。 在粉末冶金材料中，影响韧性和脆性的主要因素有三个：基体的塑性，晶粒的大小和孔 隙的数量、形状及分布。凡是基体塑性好，晶粒细小，孔隙度小，孔隙形状接近球形并且分 布均匀的材料，其冲击值高。 在铁磷合金中，随磷含量增加，一方面使基体产生固溶强化，降低了塑性，但另一方面 却又有利于孔隙球化，促使收缩，减少孔隙的数量。这说明磷含量的增加，对合金的冲击韧 性既有好的影响，也有不利的影响。当磷含量由0.3%增至0.6%时，其冲击韧性随磷含量的 增加而提高。“磷含量超过0.6%时，则冲击韧性有所降低。 在铁磷碳合金中，碳对冲击韧性的影响是多方面的。随含碳量的增加，由于碳溶入基体 中促使基体强化，因而降低了合金的塑性，加入的石墨妨碍了铁粉颗粒的互相直接接触，阻 碍了宁烧结过程的进行，不利于致密化和孔隙球化，降低了合金的强度和塑性，在合金中不可 避免地荐往著少量的游离石墨，对合金的力学性能有着缺口效应。所有这些都使合金的冲击 韧性下降。 在铁磷合金的烧结过程中，烧结温度过高，保温时间过长，都促使晶粒长大，对冲击韧 4i
当烧结温度提高到 ℃ 以 上至 ℃ ， 由于磷铁共晶液相 的形成 ， 促进了制品 的致密 化 ， 同 时铁 磷 合金 又 处 在 一 丫一 。 两相 区或 一 相 区烧结 ， 随 着孔 隙的 部分 消除和集 中 ， 晶粒 将 通 过 晶界 的 平直化 及大 小 晶粒 之 间吞 并而 长大 。 在 晶粒 长 大过 程 中 由于 晶界的迁 移更有利 于孔 隙的 消除 ， 反 过 来 又促 使 晶粒 长大 。 试验 发现 当烧 结 温 度高 一 厂 ℃ 时 ， 铁磷 合金 的 晶粒 将 发生显 著 长人 ， 见 图 。 由图 可看出 ， 当烧 结 条件 由 ℃ 保 温 分改 变为 ℃ 保 温 分 时 ， 经 测定其 平均 晶粒 大小将 由 举米左 右显 著增 大到 微米 以 上 。 同时 由图 还 可 清楚看 到 ， 由 干发 ‘ 晶粒 间的相 互着并而 引起 晶界的 迁 移 ， 原 先晶界的 痕迹还清晰 可 见 。 试验 证 明 ， 当铁磷 合金 的 晶 粒 一旦 发生 显著 长大 ， 则 冲 击 韧 性 急剧 下 降 。 如 的 合金 ， 当烧 结 条件 由 ℃ 、 保温 分 ， 改 变为 ℃ 、 保温 分 ， 由于 晶粒 显 著长大 ， 使 合 金 的 冲击 韧 性由 公斤一米 毫米 么急剧 降低 到。 公斤一米 毫 米 急 。 关于 铁磷合 金 强 化机 璐 铁磷合金不 仅 具 有较高的 强度 ， 而且 还有 良好 的韧 性 ， 即得 到较 为 理 想 的综 合机械性 能 。 综 合 上述 分析 ， 对 铁 磷合 金 强 化机理可归纳 如 下 影 响铁磷合 金 强度的 主 要 因 素有两个 ， 一是 基体 的 强 化 ， 二 是孔 隙的 数量 、 形 状 及分 布 。 凡是促 进 基体强 化 ， 并有利 于孔 隙的 数量 减少 、 形状 球 化以 及 分布均匀等的 因素 ， 都 会 使合金的 强度提 高 。 在 铁磷合 金 中 ， 磷 是一个显著 的 强 化元 素 ， 而磷的 强 化作用主 要表现在三 个方 面 ① 由于 磷铁粉 中的 磷 ， 在 烧 结时通 过 向铁 粉颗 粒 中扩散形 成铁磷 固溶 体 ， 产生 了显著 收固溶强 化作用 · 而磷 的 固溶 强化效应 比起其它 合 金 元素如 、 、 、 。 等都要 强得 多 ， 。 ② 由于磷有缩 小 一 相 区的 作用 ， 使铁基材 料保持在 一 相 ’ 区或 一 。 一 两相 区烧结 。 大大强 化了烧结 时的扩散过 程 ， 因而加 速 了铁 摧 材 料的孔 隙球化效 应 和 致密 化过 程 。 ⑧ 由干磷的加入 将产生少量 的共晶液相 ， 也对 烧结致 密 化过程 起 到 了促 进作用 。 在铁碑碳合 金中 ， 碳 也是 一个 强 化元素 ， 碳 的 强 化作 用主 要是通 过 在 烧 结 时溶入 奥氏 体 ， 而在冷却时形成珠光体组织来实现的 。 在 粉末冶金材料中 ， 影 响韧 性和脆 性的 主要 因素有三 个 基体的塑 性 ， 晶粒 的大小和孔 隙的数 量 、 形状 及 分布 。 凡是 基体塑 性好 ， 晶粒 细 小 ， 孔 隙度 小 ， 孔 隙形状接 近 球形 并且 分 布均 匀的材料 ， 其 冲击 值 高 。 在铁磷 合 金 中 ， 随磷 含量 增 加 ， 一方面 使基 体产 生 固溶 强 化 ， 降低 了塑 性 ， 但 另一方面 却 又有利于孔 隙球 化 ， 促 使收缩 ， 减少孔 隙的数量 。 这 说 明磷 含量 的增 加 ， 对合 金 的 冲击 韧 性既有好 的 影 响 ， 也有不 利的影响 。 当磷 含量 由 增至 时 ， 其 冲击 韧 性随磷 含量 的 增加而提 高 。 当磷 含量超 过 时 ， 则 冲击 韧 性有所降低 。 在铁磷碳 合 金 中 ， 碳 对 冲击韧 性的 影 响 是 多方面 的 。 随 含碳 量 的 增 加 ， 由于碳溶入 基体 中促使基体强 化 ， 因而 降低 了合 金的 塑 性， 加入 的石墨妨碍 了铁 粉颗粒 的 互相 直接接触 ， 阻 碍予烧结过程 的 进行 ， 不 利 于 致 密 化和孔 隙球化 ， 降低 了合 金 的 强度 和 塑 性 ， 在 合金 中不可 避免地存牲奢少量 的游 离石墨 ， 对 合金 的 力学性能有着缺 口 效应 。 所有这些都 使 合金 的 冲击 栩性下降 。 · 在铁磷 合金 的烧结过 程 中 ， 烧 结温度过高 ， 保温 时间过 一 长 ， 都促 使 晶粒 长大 ， 对冲击 韧