fecunimoc烧结硬化材料弯曲疲劳性能的研究

《fecunimoc烧结硬化材料弯曲疲劳性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、1042009全国粉末冶金学术会议Fe—Cu—Ni—Mo—C烧结硬化材料弯曲疲劳性能的研究周玲肖志瑜沈元勋邱诚李元元(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要本文以部分扩散预合金Fe一2Cu一2Ni—lMo一1C粉末为原料，采用模壁润滑温压压制，1150℃氢气氛保护下烧结60min，在900℃一400℃温度冷却区间以2．8℃／s，1．5。C／s，0．70C／s三种速度快速冷却，采用超声疲劳试验技术对三种不同冷却速度试样的弯曲疲劳性能进行了研究。研究结果表明，三组不同冷却速度处理的试样的S—N曲线均为一条连续

2、下降的曲线，随疲劳破坏循环次数的增加，循环应力幅or。连续降低，在106～107循环周次范围内，没有出现传统疲劳概念上的水平平台，在107循环周次对应的应力幅以下或超过107周次后，试样仍然发生疲劳断裂，并不存在传统疲劳概念上的“疲劳极限”和无限寿命。只存在条件疲劳极限。冷却速度为0．7℃／s的试样在108周次、107周次和106周次对应的条件疲劳强度分别为194MPa、239MPa和293MPa；通过疲劳断口SEM观察分析，疲劳裂纹源起源于表面大体积孔溺或次表面大体积孔群处，单一源或多源萌生。裂纹扩展中出现解理面、撕裂棱和

3、疲劳辉纹等形貌，断裂区观察到解理面和韧窝特征。关键词烧结硬化；超声弯曲疲劳性能；S--N曲线；疲劳断口1前言随着汽车工业的发展，高性能粉末冶金零件的应用不断增长，为铁基粉末冶金材料的应用提供了更大的市场。但铁基粉末冶金材料往往存在强度不高、硬度不足、可靠性有待提高、成本要降低等问题。目前解决这些问题的方法：一是采用高致密成形新技术提高粉末材料的密度；二是通过加入合金元素实现材料合金化；三是对粉末和材料进行适当工艺优化处理。其中烧结硬化技术【l’引和模壁润滑温压技术¨，41在制备高性能高密度粉末冶金零件方面引起极大关注。烧结硬

4、化工艺既可省去了热处理工序，又避免了复杂零件淬火时由于存在高的残余应力而使零件易于变形，有利于零件尺寸精度的控制、同时还解决了淬火后孔隙中的油污难于彻底清除的缺点。烧结硬化粉末通常在铁粉中添加Cu、Ni、Mo、Cr、Mn等具有较好淬透陛的合金元素怕钉J。近年来越来越多的粉末冶金(P／M)材料应用在一些动态负载条件下，如齿轮、同步器毂、连杆等这些零件除了要求具有高性能之外，还要求具有较高的疲劳性能。而近20多年来，有关材料在107以上循环周次下的疲劳性能也成为工程界所关心的问题。经过烧结硬化处理后的P／M材料可获得高的致密度(

5、一般可达7．3-7，4∥cm3)，但由于其内部还是会存在孔洞，易造成严重的应力集中而导致材料在服役过程中过早破坏失效。影响P／M烧结材料疲劳性能的因素很多，主要有密度、孔隙形状和大小、显微组织、残余应力、夹杂物等，其中密度对P／M烧结材料疲劳性能影响最大哺。0

6、，最终显微组织的种类和分布对P／M烧结钢疲劳性能亦有很大影响。疲劳裂纹多在应力较大的孔洞周围产生，而裂纹尖端优先形成于孔洞周围薄弱结合处，比如材料的烧结颈处¨1．12J。目前国内外对于这种高密度P／M烧结材料的疲劳性能研究比较少，因此研究WM材料的疲劳性能和疲劳断裂行

7、为具有很重要的意义。由于用常规疲劳试验很难获得107周次以上的疲劳性能，但是应用超声疲劳试验技术加载频率可达20kHz，既能真实模拟工作状态，又能省时、省力。本文采用超声疲劳试验技术对高密度P／M烧结材料在105～108循环周次范围内的疲劳性能进行了研究，并用SEM对疲劳断口进行了显微分析，研究了疲劳裂纹的萌生和扩展过程。二、钢铁粉末及制品2实验2．1实验材料实验材料以部分扩散预合金Fe一2Cu一2Ni一1Mo一1C粉末为原料，利用模壁润滑温压工艺进行压制，压制压力700MPa，粉末加热温度120℃；试样烧结在一自行设计制造

8、的具有快速冷却装置的烧结炉中进行(如图1所示)，烧结温度1150℃，时问为60min，保护气氛为氢气。每次将试样捆绑在热电偶上放置于烧结炉内，烧结完成后随炉降温至900℃时迅速将试样拉至水冷套冷却区吹高速氮气实现急冷，用秒表记录900～400℃关键温区以不同速度冷却至200℃以下出炉，然后将试样在180℃回火120rain，材料密度达到7．35～7．40g／cm’。氢2．2实验方法及试样尺寸超声发生器A试样图1超声疲劳试验原理图图1烧结硬化炉装置图一氧气热电偈图2超声疲劳试样尺寸疲劳实验是采用对称弯曲超声疲劳试验方法【l3．

9、“】，其原理图如图2所示。超声疲劳试验系统标准振动频率为20kHz，应力比R=一1。弯曲超声疲劳试样形状和尺寸必须满足谐振条件，弹性模量取Ed=144．71GPa，密度P=7350kg／m3，振动频率f=20kHz。3#和4撑试样的实际尺寸为h=5mill，b=10nlln，R=10mm，