大型综合实验报告汇总

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

2.2.1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0.8%；

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。

电解铜粉：200×1.4%=2.8g；

雾化铁粉：200-2-2.8=195.2g

2.2.3 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、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。

2.6.4 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分别测出长、宽、高； （2）用电子天平测出每个样品的质量M ； （3）相对密度和孔隙度检测

①理论密度的计算可以假设整个粉末冶金工艺中三种粉末相对质量的变化为0，且总体积就等于铁粉、铜粉和石墨的体积之和，则样品理论密度公式为：

3

32211///1

ρωρωρωρ理论++=

其中ω1、ω2、ω3、ρ1、ρ2、ρ3分别为三种组元的质量分数和密度。 ②实际密度的计算