中南大学 粉冶院 大型综合实验报告

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1、中南大学大型综合实验报告烧结铁铜的制备与性能研究指导教师：班级：学号：姓名：大型综合实验——烧结铁铜的制备与性能研究1前言：本次大型综合实验研究的是一种以粉末冶金方法制备的烧结铁铜，以雾化铁粉、电解铜粉、鳞片石墨和少量硬脂酸锌经混料、压制、烧结制备而成。由于铜比铁柔软，塑性更好，铜与铁混合粉末压制性较好。而且铜在铁中有一定的溶解度，通过添加铜元素，具有固溶强化作用，石墨和雾化铁粉能形成渗碳体这一高硬度相，使该类烧结铁铜有良好的力学综合性能。2实验操作及过程2.1实验材料雾化铁粉，电解铜粉，鳞片石墨粉，硬脂酸锌，550毫升的纯净水瓶2.2粉末原料及配比

2、2.2.1粉末原料成分雾化铁粉+电解铜粉+鳞片石墨粉，由于人数较多，分成两个大组分别研究石墨含量和铜粉含量的不同对产品性能的影响。试验中两大组都取0.8%的硬脂酸锌，第一大组(第1—7小组)取1.4%的铜，石墨含量从0.5%到1.1%的0.1%梯度规律递增；第二大组（第8—14小组）取0.8%的石墨，铜含量基本从0.5%到2.7%的0.3%梯度规律递增。各组试样铜和石墨含量如下所示：第一大组：第1组：铜含量1.4%，石墨含量0.5%；第2组：铜含量1.4%，石墨含量0.6%；第3组：铜含量1.4%，石墨含量0.7%；第4组：铜含量1.4%，石墨含量0

3、.8%；第5组：铜含量1.4%，石墨含量0.9%；第6组：铜含量1.4%，石墨含量1.0%；第7组：铜含量1.4%，石墨含量1.1%第二大组：第8组：铜含量0.5%，石墨含量0.8%；第9组：铜含量0.8%，石墨含量0.8%；第10组：铜含量1.1%，石墨含量0.8%；第11组：铜含量1.7%，石墨含量0.8%；第12组：铜含量2.0%，石墨含量0.8%；第13组：铜含量2.3%，石墨含量0.8%；第14组：铜含量2.7%，石墨含量0.8%每小组编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14，各编号分别预计设10个样。实际

4、到后面由于时间问题只压制了5个样品，所以第1小组各个样分别记作1-1、1-2、1-3、1-4、1-5；其余各组类推。此次实验本人负责第6小组。2.2.2本人成分配比计算样品要求10mm×50mm条状，每个质量20克。预计设10个样，则总质量为200克。本人负责的样品成分为第6组：铜含量1.4%，石墨含量1.0%。鳞片石墨：200×1.0%=2g，实验时考虑到样品脱碳等碳损失问题，根据经验采用双倍碳含量，即配料时采用4g鳞片石墨。硬脂酸锌：200×0.8%=1.6g，硬脂酸锌作为润滑剂和增稠剂会在烧结过程挥发消失，所以不必考虑在200克总量之内。电解铜

5、粉：200×1.4%=2.8g；雾化铁粉：200-2-2.8=195.2g2.2.3粉末还原电解铜粉：还原温度280度，1小时；雾化铁粉：还原温度800度，1小时2.3工艺流程配料→混料→压制→烧结→性能测试2.4工艺参数配料比例：雾化铁粉+电解铜粉+鳞片石墨粉+0.8%硬脂酸锌混料时间：V型混料器，混合2小时压制压强：500MPa（5t/cm2）加热时间：1.5小时烧结温度：1120℃，H2气氛烧结时间：1小时。2.5需测试的主要性能指标1烧结尺寸变化2相对密度与孔隙率变化3洛氏硬度4抗弯强度2.6实验过程2.6.1称量与混料用电子天平秤取雾化铁粉

6、、电解铜粉、石墨粉和硬脂酸锌共14组，每组重约200g，其中硬脂酸锌每组1.6克，其他含量见2.2.1粉末原料成分。本人第6组称取石墨4克，硬脂酸锌1.6克，电解铜粉2.8克，雾化铁粉195.2克。秤取完后倒入事先准备干燥的550毫升纯净水瓶，并加入一个小钢珠作研磨球，放在V型混料机上混合2小时，待充分混合均匀后开始准备成形。2.6.2成形根据方案需要压制10mm×50mm条状试样，每个质量20克，实际上由于时间问题只压制了5个样品，本次实验中，成形压制压强为500MPa。压制时要特别注意安全，实验指导老师对我们进行来了深刻的讲解了安全操作要点。条状

7、试样为手动压模，压制方式为双向压制。2.6.3烧结机理与工艺烧结工艺如下：加热时间1.5小时，烧结温度1120℃，烧结时间1小时，H2气氛下。下图为烧结工艺图。图2.1铁铜的烧结过程烧结气氛：氢气；冷却方式：水冷。本次实验是在钼丝为加热材料的钼丝烧结炉内进行烧结的。钼具有低温时电阻低，高温时电阻增大的特点，所以可以很好地控制烧结温度。烧结过程中，推舟速度为每15min推一次，如此匀速进行。等舟进入到高温区后，保温1h，将舟推出烧结区后等30min关掉氢气阀，再等20min关掉冷却水阀，最后取出冷却了的石墨舟，每个人找到自己的样品，等待下一步实验。2.

8、6.4性能检测与分析本实验需要检测的成品性能参数：几何尺寸、孔隙度、硬度和抗弯强度。（1）条状样品用游标卡尺