新型柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的磨粒磨损性能

摘要

硬质合金增强铁基耐磨复合材料能同时拥有高的耐磨性和强韧性，可以大幅度提高零部件的使用寿命。本文以 WC-Co硬质合金棒为增强体，奥贝球铁为基体，采用真空消失模铸造工艺开发了柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料，并对其基体与增强体界面微观组织和磨粒磨损性能进行了系统研究。
　　基体的化学成分设定为C3.6％，Si2.5%，Mn0.3%，Cu0.7%，Ni1.2%，Mo0.3%，采用75硅铁进行孕育处理，稀土镁合金球化剂进行球化处理，制备出球铁，利用等温淬火制备出奥贝球铁。增强体的化学成分为 WC92%，Co8%。利用 XRD及SEM/EDS等分析手段研究了复合材料界面的物相组成和元素的扩散情况，并测试了复合材料的显微硬度。利用SUGA型磨粒磨损试验机研究了复合材料的磨粒磨损性能，观察磨损表面形貌，定性分析磨损表面并分析了磨损机理。
　　通过对界面微观形貌的分析发现，由于碳化钨表层的熔解和W、Fe、C、Co等元素的互扩散，硬质合金与奥贝球铁界面出现了厚度约为370μm的过渡层，形成了良好的冶金结合。磨粒磨损试验结果表明，制备出的奥贝球铁基复合材料的耐磨性是球铁基复合材料的1.4倍，基体奥贝球铁的2倍，基体球铁的3倍。这是因为首先高硬度、高耐磨性的增强体与强韧性的奥贝球铁结合良好，使得复合材料在磨损过程中，增强体碳化钨保护基体不被磨损，基体又牢固的支撑着碳化钨，从而保证其优异的耐磨性。其次，从球铁到奥贝球铁，基体对材料耐磨性的贡献率为50.3%。从球铁到球铁基复合材料，增强体的贡献率为58.4%。从奥贝球铁到奥贝球铁基复合材料，增强体的贡献率为59.5%（与球铁到球铁基复合材料，增强体的贡献率相近）。从最初的球铁到奥贝球铁基复合材料，基体与WC共同的贡献率为79.9%，可见奥贝球铁基复合材料抗磨损性能最好。
　　实验结果最终表明，所开发的新型柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料中高硬度、高耐磨性的增强体保护基体不被磨损，同时基体又有效支撑着增强体，在二者相互协同作用下抵抗磨损，可满足一些较为复杂的磨损工况，如果该复合材料能够应用到如鄂板，衬板及挖掘机斗齿等工况环境，就极具实际应用意义。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 磨损现象

1.3 耐磨材料的研究现状

1.4 硬质合金增强钢铁基耐磨复合材料的研究现状

1.5 本课题研究的目的及意义

第二章 柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的制备

2.1 复合材料增强体与基体的选择

2.2 复合材料的制备工艺

2.3 基体的制备过程

2.4 复合材料的制备

2.5 实验表征方法

第三章 柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的金相组织

3.1 复合材料的组织观察及形貌分析

3.2 复合材料的界面微观形貌与能谱分析

3.3 本章小结

第四章 复合材料的磨粒磨损性能研究

4.1 SUGA型磨损试验机重复性

4.2 磨粒磨损实验结果

4.3 本章小结

第五章 实验结果分析

5.1 磨损过程中的表面形貌分析

5.2 磨损表面分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

个人简历