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关于粉末冶金烧结密度的试验分析

关于粉末冶金烧结密度的试验分析                    

前言:
粉末冶金在成形之前,必需将原材料添加黏结剂或润滑剂加以混合均匀,然后再加以成形。润滑剂如硬脂酸锌、硬脂酸锂及白蜡等,这些润滑剂多为有机物,必须在高温烧结前予以去除。在混合之材料中有润滑剂及装配合金用的石墨粉等。使得成形胚体中与外部接触的孔隙或多或少被润滑剂和石墨粉所填满,又高温烧结后样品与外部接触的孔隙已不存在润滑剂或黏结剂。故高温烧结后样品比生胚成形更容易吸水。
 
试验动机:
根据阿基米得原理的水中置换法,进行烧结密度量测时,一般以水为置换媒介。使用水为置换媒介所造成的缺点如下:
1、  水的表面张力问题,使得零件表面易附着气泡。
2、  零件本身已完成含浸,表面或多或少存在有油渍,易附着气泡。
3、  烧结后零件表面的粗糙度,易附着气泡。
4、  对于零件有细孔的零件易附着气泡。
 
由以上的缺点,使得质量检验人员在操作上的不方便。故产生另类的思考模式:既然粉末冶金是以润滑油为含浸媒介,为何不利用润滑油为体积置换媒介来测试烧结密度?于是我们做了以下的试验分析:
 
A:样品的准备工作:
1 、材料:铁粉( 100.29 )、由比重瓶测得真密度(理论密度)7.08 g/cc。
2 、压实后生胚的密度约为5.23g/cc,或67 %。
3 、烧结条件:烧结10 ℃ /分钟至1120℃,然后保持在纯氮气中30分钟。
B:使用设备:
1、  百荣真空含浸机
2、  百荣精密仪器BEYONGTEST提供之BR120-4S粉末冶金专用电子比重计
3、  百荣精密仪器BEYONGTEST电子天平210g  0.0001g纪录重量变化用
C:烧结密度测试(根据ASTM B328 、MPIF 42规范 )
Step.1测定未含浸处理样品在空气中的重量。
Step.2测定含浸处理后的样品在空气中的重量。
Step.3测定含浸处理后的样品在水或油中的重量。
Step.4求得烧结密度。
Step.5样品含浸在水或油中的时间为0、5、10 、15、20、25、30、35分钟,然后记录在不同时间样品含浸在水或油中的重量。
 
  样品1(浸沫水中)20℃ 样品2(浸沫油中)20℃
未含浸处理样品
在空气中的重量(g)
3.019 3.049
含浸处理后的样品
在空气中的重量(g)
3.171 3.198
含浸处理后的样品
在水或油中最初的重量 (g)
2.610 2.713
5 分钟后的重量 2.610 2.713
10分钟后的重量 2.611 2.715
15分钟后的重量 2.611 2.715
20分钟后的重量 2.611 2.716
25分钟后的重量 2.612 2.715
30分钟后的重量 2.612 2.715
35分钟后的重量 2.612 2.715
烧结密度(g/cm3) 5.38 (69%) 5.48 (70%)
【PS】润滑油的密度是20℃  0.87 g/ml    水的密度是20℃  0.9982 g/ml
 
试验分析:
根据粉末冶金体密度的演算公式得知:
未含浸处理样品在空气中的重量
ρb= ---------------------------------------------
含浸处理后的样品在空气中的重量-含浸处理后的样品在水中最初的重量
          水的密度 0.9982  或润滑油的密度 0.87
由上述计算式发现:
1、  粉末烧结样品置放在水中或油中,不论时间的长久,其变化值几乎相同。
2、  粉末烧结样品置放在水中所测得的密度比置放在润滑油时为小。
3、  粉末烧结样品含浸处理后,样品所渗入孔隙润滑油的重量几乎相同。
结论分析:
由以上的报告,两者的结果差距不大。若要更严谨的说明。就是根据演算式我们可以推断,粉末烧结样品含浸处理后,样品表面和样品与外部相接触的开放孔隙都存在油渍。纵使表面已被吸油纸擦拭,若以水为置换媒介。将会有或多或少的微小气泡附着于和水接触的表面。而造成置放于水中的重量稍为低于实际值。而使得粉末烧结样品置放在水中所测得的密度比置放在润滑油时为小。当然,若使用润滑油为置换媒介,则可改善质量检验人员在操作上的不方便,更为恰当。

 

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