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模壁润滑温压结合烧结硬化技术为短流程低成本、大批量制备高密度、高性能铁基粉末冶金零件提供了一条新途径。本文以部分扩散预合金Fe-Cu-Ni-Mo-C粉末为原料粉末,利用模壁润滑温压工艺获得高密度压坯,采用烧结硬化处理工艺。研究了冷却速度和含碳量对烧结材料力学性能和显微组织及合金元素分布的影响；测定了烧结材料弹性模量,通过解析计算和ANSYS动态模拟设计出弯曲超声疲劳试样：采用超声疲劳试验对对称弯曲载荷条件下材料的疲劳性能进行研究,对疲劳破坏机理进行初步探讨。
研究结果表明:Fe-2Cu-2Ni-1Mo-xC(x=0.6,1.0)材料在7.35～7.4g/cm3烧结密度下表现出了良好的烧结硬化性能,冷却速度和含碳量对材料力学性能影响显著。在0.6％C和1.0％C两种成分下,材料抗拉强度、屈服强度和表观硬度均随冷却速度增大而升高。在冷却速度为2.8℃/s时,1.0％C烧结材料抗拉强度达935MPa,屈服强度747MPa,表观硬度298HB;0.6％C烧结材料抗拉强度达962MPa,屈服强度828MPa,表观硬度285HB。伸长率均随冷却速度增大呈下降趋势。显微组织为马氏体、贝氏体、珠光体、残余奥氏体等多种类型组织混合存在。冷却速度影响显微组织中马氏体含量,快速冷却下显微组织主要为马氏体、屈氏体,随快速冷却减小,马氏体、屈氏体含量减小,粗大珠光体和残余奥氏体含量增大。含碳量对显微组织中的马氏体类型影响较大,1.0％C材料主要为片状马氏体,0.6％C主要为板条马氏体。合金元素不均匀扩散造成显微组织的不均匀,出现富镍残余奥氏体、富含Mo的未熔合金块和游离石墨或碳化物。
采用拉伸法测定Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C烧结材料的弹性模量:E=144.71GPa。基于三点弯曲疲劳试样的解析计算并采用ANSYS有限元对试样固有谐振频率和应力分布进行动态模拟,设计出烧结材料的对称弯曲超声疲劳试样。弯曲超声疲劳试验表明104～109循环周次内的S-N曲线为一条连续下降的曲线,随循环次数的增加,应力幅σα连续降低,不存在传统疲劳概念上的“疲劳极限”和无限寿命。根据Basquin方程求得条件疲劳极限为σ-1｜107=208MPα,σ-1｜106=256MPa。断口SEM观察表明疲劳裂纹源起源于表面大体积孔隙或次表面大体积孔群处,单一疲劳源或多源萌生,裂纹扩展以穿晶断裂为主,裂纹扩展区存在解理和疲劳辉纹形貌,断裂区出现塑性韧窝。