WC颗粒增强高铬铸铁复合材料的制备及其性能研究

摘要

磨损会造成材料的损耗和能源的消耗。目前国内每年消耗的金属耐磨材料高达700万t以上。这不仅消耗大量的金属材料，对于能源消耗、环境污染等都会产生极大影响。高铬铸铁是当前应用最常见的一类耐磨铸铁，被广泛应用于耐磨件的制备上。但面对更为复杂工况条件以及国家节能环保的要求，提升高铬铸铁的耐磨性成为必然。
　　复合材料可将基体优异的塑性和良好的成形性与增强体的承载能力及刚性集合起来，具备单一金属所不能比拟的综合性能，包括强度高、耐磨性与耐蚀性好、抗蠕变以及刚度好。WC颗粒硬度高、耐磨性好，与高铬铸铁结合界面有很好的润湿性及抗腐蚀能力，再加上我国钨储量丰富，成本较低，是高铬铸铁理想的增强体。
　　本文采用WC预制体颗粒和YG-8硬质合金颗粒作为增强体，通过控制不同的颗粒大小和加入质量，利用搅拌铸造的方法制备WC颗粒增强高铬铸铁复合材料，对其微观组织形貌、力学性能和耐磨性进行研究，得到如下结论:
　　1.预制体制备工艺:将200目WC颗粒、150目高碳铬铁、300目铁粉，按照40wt.％，50wt.％，10wt.％配比，采用硬脂酸锌、聚乙烯醇饱和溶液作为粘结剂，球磨30min使其均匀混合后在200t压力机下冷压成坯。以10℃/min升温速度，分别在45℃保温1h，1000℃保温1h，制备出结合强度高、密度与高铬铸铁相近的WC颗粒预制体。
　　2.采用搅拌铸造法向高铬铸铁中分别添加3wt.％、5wt.％与7wt.％颗粒尺寸分别为40目、80目与120目WC预制体颗粒制备了不同增强体含量WC颗粒增强高铬铸铁复合材料。再向高铬铸铁中分别添加3wt.％、5wt.％、7wt.％与9wt.％粒径分别为20目、40目、80目、120目YG-8硬质合金颗粒制备了不同增强体含量硬质合金颗粒增强高铬铸铁复合材料。通过与高铬铸铁基体的对比发现，两种增强体的加入具有很强的相似性，在晶界处都存在Fe3W3C碳化物析出，材料的晶粒大小、硬度和冲击韧性随着增强颗粒加入量的增加而略有提升，与加入颗粒的目数无明显关系。冲击断口主要是脆性断裂机制，但随着增强体加入量的提高出现部分韧性断裂区域。
　　3.对两种不同增强体种类的复合材料进行耐磨性试验，发现耐磨性获得明显提升，耐磨性与增强体颗粒的大小无明显关系。随着增强体加入量的增加，复合材料的磨损量逐渐减小。两者在提升材料耐磨性上效果相同，当WC颗粒加入质量为7wt.％时，耐磨性均是高铬铸铁基体的2～3倍，硬质合金含量为9wt.％时，耐磨性是高铬铸铁基体的3～4倍。复合材料耐磨性获得提升的主要机制为未熔解增强体颗粒和析出物形成颗粒强化和析出强化的共同作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 耐磨铸件发展现状

1．2．1 耐磨铸钢

1．2．2 耐磨铸铁

1．3 金属基复合材料研究现状

1．3．2 金属基复合材料的分类

1．3．3 金属基复合材料的制备方法

1．4 耐磨铸件颗粒强化技术研究现状

1．4．1 耐磨铸件增强颗粒

1．4．2 耐磨铸件颗粒增强技术

1．5 金属基复合材料增强和磨损机理

1．5．1 增强机理

1．5．2 磨损机理

1．6 选题意义及研究内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究内容

2．1 技术路线

2．2 实验材料的选用

2．3 实验设备

2．4 具体实验方法

2．4．1 高铬铸铁试块的制备

2．4．2 力学性能测试

2．4．3 显微组织观察

2．4．4 耐磨性测定

第三章 WC颗粒增强高铬铸铁的制备和组织

3．1 WC预制体制备

3．1．2 WC预制体压坯

3．1．3 WC预制体烧结

3．1．4 WC预制体分析

3．2 WC颗粒增强高铬铸铁复合材料制备

3．3 复合材料显微形貌和物相分析

3．4 复合材料的硬度测试

3．5 复合材料的冲击韧性和断口分析

3．5．1 复合材料的冲击韧性

3．5．2 断口形貌分析

本章小结

第四章 硬质合金颗粒增强高铬铸铁的制备和组织

4．1 硬质合金颗粒增强高铬铸铁复合材料的制备

4．2 复合材料显微组织和物相分析

4．3 复合材料的硬度测试

4．4 复合材料的冲击韧性和断口分析

4．4．1 复合材料的冲击韧性

4．4．2 断口形貌分析

本章小结

第五章 高铬铸铁复合材料的耐磨性研究

5．1 WC颗粒增强的耐磨性

5．1．1 WC颗粒增强高铬铸铁的磨损量

5．1．2 WC颗粒增强高铬铸铁的磨损形貌

5．2 硬质合金增强的耐磨性

5．2．1 硬质合金颗粒增强高铬铸铁的磨损量

5．2．2 硬质合金颗粒增强高铬铸铁的磨损量

5．3 耐磨机理分析

本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录