粉末粒度对蒙乃尔合金多孔材料压缩性能的影响.pdf

葛渊等:粉末粒度对蒙乃尔合金多孔材料压缩性能的影响
粉未粒度对蒙乃尔合金多孔材料压缩性能的影响
葛渊,汤慧萍',王建永,杨保军,李亚宁,谈萍,臧纯勇1,王培2
(1.西北有色金属研究院金属多孔材料国家重点实验室,陕西西安710016;
2.中核四O四有限公司,甘肃兰州732850)
摘要:燒结蒙乃尔合金多孔材料是重要的金属过
滤材料之一,凭借其优良的耐高温抗腐蚀及良好的抗2实验方法
冲击、可焊接等优势广泛应用于化工、核工业、石化等
实验中所用的 Monel粉末为市售的一般粉末,其
诸多领域。随着蒙乃尔过滤材料应用领域的拓展及使化学成分如表1所示。采用粉末治金法制备蒙乃尔合
用环境越来越苛刻,其力学性能的研究显得尤为重要。金多孔过滤材料试样。模具压制成柱状样品坯体,然
采用粉末治金法制备の20mm×25mm柱状压缩试件,后在氢气炉烧结,烧结温度为1230℃,保温时间为2h。
利用MTS810对这些试件进行力学性能测试,采用准试样尺寸为:の20mm×25mm。根据测量试样质量和
静态单一轴向的加载方式对试样进行压缩性能的测体积来计算孔隙度;由于目前对金属多孔材料压缩强
试,并详细分析了相同孔隙度下粒度对镍合金多孔材度的检测方法并没有统一标准,压缩强度检测参照金
料压编性能的影响,结果表明,镍合金多孔材料的压缩属材料室温压缩方法GB/T7314-2005进行实验。压
应力应变曲线有塑性材料的特征;对于同一孔隙度的缩试验在MTS-810材料试验机上进行。采用1mm
试样,弹性模量和屈服强度都随着粒度的减小而增加,min的推进速度对其高度方向载荷来完成其压缩行为
当粒度<75gmn时,屈服强度和弹性模量増加得很快。的检测,即准静态单向轴向加载压缩实验。图1、2能
关键词:金属多孔材料;压缩;屈服强度;弹性模量
直观地表现试样压缩前后形状的变化
中图分类号:TB383;TF125
文献标识码:A
表1蒙乃尔粉末性能参数(质量分数,%
文章编号:1001-9731(2010)增刊3-0527-03
Table I The chemical compositions of Monel powder
引言
化学成份Ni
C
C
Si Mi
镍合金多孔材料的使用已经有60多年的历史了
Monel含量」64.45130.32」0.26」0.471.82.7
由于其优良的性能和相对低廉的价格深受国内外从事
科研技术领域机构的青睐6,其常见的种类有(In-
conet, Monel, Hastelloy),这3种材料均有高温抗氧
化、高温抗腐蚀等共同的优点,但从3种的价格来看
Monel(蒙乃尔)合金比较便宜,有利于降低材料的成
本。蒙乃尔合金具有优良的耐蚀性、良好的力学性能,
加工性能,广泛应用于航空、化L、核能装置、冶金、炼
油、纺织、洗涤造纸等行业。蒙乃尔合金为Ni-Cu
固溶体,镍含量大约在70%,铜约在30%,在很宽的温
度范围内具有很好的抗腐蚀性能,在各种空气、各类水
图1压缩前试样
质条件下均有极强的抗腐蚀作用,腐蚀速率≤0.025
mm/年,在严峻的温度变化、水流冲击,碳酸气侵蚀的
Fig 1 Sample before compression test
情况下,腐蚀速率≤0.025mm/年。本文从代表性和择3实验结果与分析
优性的原则出发,只选择镍合金中的一种
(蒙乃尔)合金粉末来作为实验的材料,并通过粉末冶
选择粉末粒度范围为63~75am、75~98m、98
金的方式制备出多孔试样,将这些试样用来测试力学
125m3种金属粉末制备孔隙度为40%的试样。3
性能,获得粉末粒度对静态压缩性能的影响规律。
种试样进行压缩试验,压缩过程中,变形初期试样沿圆
柱高度方向缩小而径向未发生变形,变形中期试样沿
径向变形,中部凸起,试验在应变>0.6以后停止。压
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)重点资助项目(2009AA032601);陕西省“13115”科技创新工程重大科技专项
资助项目(2008ZDKG-40)
收到初稿日期:2010-09-07
收到修改稿日期:2010-10-25
通讯作者:汤慧萍
作者简介:葛渊(1965),男,研究员,从事稀有金属粉末冶金材料和金属过滤材料的研究、技术开发方面的工作
2010年增刊3(41)卷
缩变形后的试样呈现鼓状。在整个压缩过程中,每种影响会随着孔隙度的增加而增加。通过图3的应力
粒度的试样均表现为应变较小的弹性区,应变较长且应变曲线计算所得屈服强度与弹性模量的具体数值如
应力值变化较小的塑性服区和多孔材料孔隙迅速消表2所示。数据显示,随着粉末粒度变粗,蒙乃尔合金
失的致密化阶段。试样的压缩应力-应变曲线如图3多孔材料的屈服强度和弹性模量均降低。
所示。
表2孔隙度为40%时不同粒度范的屈服强度与弹
性模量
Table 2 The yield strength and elastic modulus of
porous media which are made from different
granularity ranges when porosity is about
40%
粒度范固(m)風服强度a2(MPa)弹性模量(GPa)
75-9
图2压缩后试样
8~125
26.10
2.64
Fig 2 Sample after compression test
4结论
(1)蒙乃尔合金多孔材料的压缩行为可以分为
3000
较短的弹性区域和不明显的屈服平台区域,致密化阶
段占有相当大的比例
2000
(2)蒙乃尔合金多孔材料的压缩应力-应变曲线
有塑性材料的特征。
500
(3)孔隙度…定时,粒度越小,屈服强度和弹性
Strain
模量越高,而且粒度<75pm时,屈服强度和弹性模量
图3孔隙度为40%时不同粒度的压缩行为
升高得很快。
Fig 3 The compressive behavior of porous media
which are made from different granularity ran
参考文献
es when the porosity is about 40%
「1奚正平,汤慧萍,等.烧结金属多孔材料[M.北京:治金工
由图3可以看出,随着应变的增加,应力也随着增
业出版社,2006.352
加:相同应变时,粒度细的多孔材料应力值大。为了更[2】 Walther G, Kloden E, Kieback E,ctal. A New Class of
清楚地显示弹性区域附近的区域,将应变区域为10%
High Temperature and Corrosion Resistant Nickel- Based
以内的应力应变图放大,如图4所示。
Open-cell Foams]. Montreal: Met Foam 2007 Porous
Metals and Metallic Foams, 2007. 125-128
300
63~751m
?250
75~98m
3] Choe