徐從京，高 慧，王 娟

（山東魯銀新材料科技有限公司，山東 萊蕪 271105）

擴(kuò)散型合金鋼粉是由瑞典赫格納斯公司研制的。名稱(chēng)過(guò)去叫做Ancoloy，現(xiàn)在叫做Distoloy。這是一類(lèi)含有合金元素鎳、鉬、銅的部分預(yù)合金鐵粉，即擴(kuò)散型合金鋼粉[1]。生產(chǎn)方法是，將鐵粉與合金元素混合均勻后，在還原性氣氛中進(jìn)行熱處理。熱處理時(shí)，各合金元素開(kāi)始擴(kuò)散到鐵粉中，鐵粉與合金元素粉顆粒間形成部分?jǐn)U散聯(lián)結(jié)。這種粉末的主要優(yōu)點(diǎn)是合金元素在粉末壓坯中分布均勻，消除了成分偏析，提高了燒結(jié)件尺寸的均勻性，而且壓縮性幾乎和純鐵粉一樣，這對(duì)用粉末冶金法制造高密度高強(qiáng)度零部件非常重要[2，3]。

1 水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉的生產(chǎn)工藝

圖1 擴(kuò)散型合金鋼粉制備流程

擴(kuò)散型合金鋼鐵粉末的合金元素主要是Mo、Cu、Ni等，其中Mo很難通過(guò)擴(kuò)散工藝進(jìn)入鋼鐵粉末顆粒表面，通過(guò)優(yōu)選已研究出的高壓縮預(yù)合金Fe-Mo（Mo含量0.55%）鋼鐵粉末，這一缺陷得到改善。這種粉末的生產(chǎn)過(guò)程是將水霧化鐵鉬合金鋼粉與合金元素（或合金氧化物）經(jīng)混合，在還原電爐內(nèi)用氫氣（或氨分解氣）作保護(hù)性氣體進(jìn)行擴(kuò)散處理。因熱擴(kuò)散后粉末粘結(jié)，需要進(jìn)行破碎、篩分、合批，得到最終產(chǎn)品。

水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉采用料層厚度30mm，氨分解氣流量100Nm3/h，帶速180mm/min，在高溫預(yù)熱60min，830℃～850℃下還原70min～90min，預(yù)冷55min～60min，后破碎，篩分測(cè)得壓縮性要求600MPa下大于7.10g/cm3，松裝密度為2.95g/cm3～3.10g/cm3。

2 水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉的壓縮性研究

擴(kuò)散型合金鋼鐵粉末的顆粒表面具有一層極薄的合金擴(kuò)散膜，如圖2所示，即在淺色奧氏體富鎳區(qū)及其邊緣的針狀馬氏體或貝氏體的多相組織，隨著高溫?zé)Y(jié)擴(kuò)散，富鎳區(qū)的體積百分?jǐn)?shù)將降低；圖2中右邊的圖為掃描電子顯微鏡照片，圖中右下角小顆粒為銅顆粒，可以看出銅顆粒與基體鐵顆粒的黏結(jié)效果。

由圖2可以看出，水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉與鐵鉬合金鋼粉的壓縮性幾乎相同，銅鎳的擴(kuò)散作用并沒(méi)有影響壓縮性，因此對(duì)后續(xù)燒結(jié)性能影響并不大。

2.1 混合工藝對(duì)擴(kuò)散型合金鋼粉壓縮性的影響

母粉與合金元素粉末混合均勻程度也直接影響到合金元素?cái)U(kuò)散的均勻性，常常因混合過(guò)程產(chǎn)生成分偏析，這是造成擴(kuò)散型粉末成分偏析的主要原因。為了實(shí)現(xiàn)混合的均勻性，提高產(chǎn)品的性能，采用粘結(jié)混合和干混做實(shí)驗(yàn)對(duì)比。兩種混料方式的混合時(shí)間均為30min，并添加1.75%的銅粉和1.95%的鎳粉，在還原爐中經(jīng)770℃的擴(kuò)散處理，結(jié)果如表1所示。

表1 粘結(jié)混合和干混對(duì)壓縮性的影響

結(jié)合表1可知，粘結(jié)混合銅和鎳的平均偏差值都小于干混，所以粘結(jié)混合的均勻性要好于干混。另由于銅、鎳的真實(shí)密度為8.89g/cm3左右，且銅、鎳都有較好的塑性，所以混合后的壓縮性比鐵鉬合金粉高出0.05g/cm3，為7.21g/cm3。

2.2 擴(kuò)散工藝溫度對(duì)合金化程度的影響

表2 擴(kuò)散工藝溫度對(duì)壓縮性的影響

圖2 擴(kuò)散型合金鋼粉的顯微照片

表3 實(shí)驗(yàn)粉末與赫格納斯擴(kuò)散型合金鋼粉性能指標(biāo)

表4 實(shí)驗(yàn)配方設(shè)計(jì)（%）

擴(kuò)散工藝溫度決定擴(kuò)散層厚度和壓縮性，擴(kuò)散溫度越低，擴(kuò)散層厚度越薄，合金化程度越低，相應(yīng)的壓縮性偏高；擴(kuò)散溫度越高，擴(kuò)散層厚度越厚，合金化程度越高，相應(yīng)的壓縮性偏低。因此，選擇合適的擴(kuò)散層厚度，對(duì)后續(xù)制件的產(chǎn)品性能具有非常重要的意義。

3 性能檢驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)粉末與赫格納斯擴(kuò)散型合金鋼粉的性能對(duì)比

目前國(guó)際上擴(kuò)散型合金鋼粉的最佳產(chǎn)品為赫格納斯公司生產(chǎn)的DistaloyAB質(zhì)量最好，因此實(shí)驗(yàn)采用我公司生產(chǎn)的新型水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉與赫格納斯公司生產(chǎn)的DistaloyAB進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

由表3所示，從兩種擴(kuò)散型合金鋼粉產(chǎn)品的物理狀態(tài)比較，除新型LAP100.29D1合金成分銅、鎳、鉬較DistaloyAB要略高一些外，其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均比較接近。

從表中的各項(xiàng)燒結(jié)性能比較來(lái)看，新型LAP100.29D1的生坯強(qiáng)度略低于DistaloyAB；新型LAP100.29D1壓件燒結(jié)前后的密度變化較大，而DistaloyAB變化較??；新型LAP100.29D1燒結(jié)硬度較DistaloyAB要高；新型LAP100.29D1與DistaloyAB燒結(jié)尺寸均比較穩(wěn)定，但燒結(jié)尺寸變化率較DistaloyAB要大，DistaloyAB燒結(jié)前后尺寸基本無(wú)變化。

根據(jù)以上結(jié)果綜合比較，本研究制備的新型水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉LAP100.29D1各項(xiàng)指標(biāo)已接近赫格納斯生產(chǎn)的DistaloyAB。

3.2 粉末冶金制品燒結(jié)材料的物理力學(xué)性能

根據(jù)瑞典赫格納斯的擴(kuò)散型合金鋼粉DistoloyAB的配方，F(xiàn)e-1.50Cu-1.75Ni-0.50Mo，加入0.7%的碳，外加0.7%的硬脂酸鋅為潤(rùn)滑劑，設(shè)計(jì)了4組同成分的試樣，A、B、C、D，用于進(jìn)行燒結(jié)制品的性能測(cè)試。

粉末按照表4的配方稱(chēng)重后，混合90min。然后根據(jù)粉末冶金國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)壓制成壓縮性和抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試樣。表4為四組實(shí)驗(yàn)粉末的壓縮性，可以看出，本試驗(yàn)粉末的壓縮性已經(jīng)基本接近瑞典赫格納斯DistoloyAB粉末的壓縮性，分別為7.09g/cm3和7.10g/cm3。

4 小結(jié)

本章在利用優(yōu)選水霧化鐵鉬合金鋼粉為基礎(chǔ)的前提下，加入銅粉和鎳粉制備了新型水霧化擴(kuò)散型合金鋼粉，并通過(guò)各項(xiàng)工藝過(guò)程參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：

（1）擴(kuò)散還原溫度為780℃～850℃，時(shí)間為40min～60min，銅粉和鎳粉的顆粒尺寸為10μm左右，此時(shí)的擴(kuò)散粘結(jié)效果最好。

（2）為提高銅粉、鎳粉與鐵粉顆粒的黏結(jié)效果，采用混粉粘結(jié)劑有機(jī)物為黏結(jié)劑，但擴(kuò)散過(guò)程會(huì)造成產(chǎn)品增碳。由于碳含量的增加，導(dǎo)致壓縮性降低，會(huì)惡化產(chǎn)品性能，所以混合選用干混方式為好。

（3）擴(kuò)散型合金鋼鐵粉末的顆粒表面具有一層極薄的合金擴(kuò)散膜，擴(kuò)散工藝溫度決定擴(kuò)散層厚度和壓縮性，擴(kuò)散溫度越低，擴(kuò)散層厚度越薄，合金化程度越低，相應(yīng)的壓縮性偏高；擴(kuò)散溫度越高，擴(kuò)散層厚度越厚，合金化程度越高，相應(yīng)的壓縮性偏低。