Ti(C,N)颗粒增强铁基复合材料制备工艺及性能的研究

摘要

Ti(C，N)颗粒增强陶瓷复合材料因其具有高强度、高韧性、耐高温、耐磨等优良性能，受到了国内外科技人员的重视。但是迄今为止，Ti(C，N)颗粒增强陶瓷复合材料的研究并未能实现批量化工业生产，主要是因为目前常用的制备工艺--粉末冶金法制备工艺复杂，制备成本太高，特别是针对工业化生产工艺和质量控制缺乏研究，这就严重制约了这种陶瓷复合材料的广泛应用和发展。本论文结合我国资源特点，以45号钢、钛铁、生铁等为主要原料，研究了一种在大气环境下、采用原位自生铸造法制备Ti(C，N)铁基复合材料的低成本新工艺技术。该工艺技术对金属基复合材料具有更广泛的推广应用意义。
　　 本文较深入地研究了Ti(C，N)颗粒增强铁基复合材料的制备工艺及其组织性能，对引入氮的附加物类型、含量以及加入方式也进行了研究。研究结果表明：
　　 1.在大气环境下、利用中频感应电炉、通过添加含氮附加物、采用原位反应法制备Ti(C，N)颗粒增强铁基复合材料的工艺技术是可行的。
　　 2.Ti(C，N)颗粒增强铁基复合材料组织由细粒状珠光体加上针状珠光体基体和Ti(C，N)增强颗粒组成。这是一种典型的耐磨材料的组织，有强韧性较好的基体，并在其中牢固地嵌有坚硬的组份。
　　 3.Ti(C，N)颗粒增强铁基复合材料成分配比选取C1.5％，Si2.5％，Mn1.2％，Cr0.5％，Cu1.0％，Ti0.62％，Ti(C，N)粉末3％(引入氮)时，材料的力学性能得到了最优的组合：抗弯强度1363.88(Mpa)，洛氏硬度57.6(HRC)，冲击韧性5.8075(J/cm2)。
　　 4.在中、低冲击的工况下，Ti(C，N)颗粒增强铁基复合材料耐磨料磨损性能优于高锰钢和高铬铸铁。
　　 5.引入氮的附加物以Ti(C，N)粉末效果最好，加入量以5％为宜，附加物加入方式以浇包冲入法最佳。