等离子冶金梯度碳化物高强韧截齿刀头组织性能研究

摘要

等离子梯度冶金技术是在等离子束表面冶金技术的基础上发展起来的一项新技术，其工艺简单，稳定性好，无环境污染，组织成分易于控制，可完全实现自动化操作。利用该技术制备的梯度冶金截齿刀头组织成分沿轴向呈梯度分布，具有高的硬度及耐磨性，整体的强韧性优于目前广泛使用的粉末冶金硬质合金刀头，达到了截齿所要求的性能，且节约了大量的贵重金属，降低了生产成本，作为可取代现有硬质合金刀头的新型刀具，具有广阔的发展和应用前景。
　　等离子冶金梯度碳化物高强韧截齿刀头是利用等离子梯度冶金技术，以等离子弧为热源，在耐火材料模具型腔内同步送入不同成分的高熔点合金粉末，使其快速熔化形成熔池，并随之梯度凝固形成高硬度复合材料，用以制备新型刀头。本文初步研究了采煤机截齿刀头等离子梯度冶金成型技术，应用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等手段，详细研究了等离子梯度冶金截齿刀头的组织结构与性能，并与粉末冶金硬质合金刀头进行对比研究。通过调整合金粉末中主要合金元素W、Cr的含量以及微调电流等工艺参数，制备出优化后的高W系梯度刀头。与初期制备的高Cr系刀头相比，其组织缺陷更少，整体的强硬度进一步提高。同时深入探讨各种组织成因及其对性能的影响，分析了凝固过程、工艺参数、合金粉末成分对冶金组织缺陷的影响，获得等离子梯度冶金的基本规律，从而为等离子冶金梯度碳化物高强韧截齿刀头生产提供理论指导。
　　结果表明，等离子梯度冶金截齿刀头组织成分整体上呈梯度分布，且无明显的突变界面，性能亦由高强硬高耐磨的头部逐步过渡到强韧性较好的底部，由此节约了大量贵重金属，通过控制熔池凝固过程及调整各种工艺参数达到减少组织缺陷的目的，作为可进行热处理的新型截齿刀头消除了传统粉末冶金刀头不能进行热处理与齿身需通过热处理优化性能之间的矛盾。

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Contents

1 绪 论

1.1 引言

1.2 等离子束流加工技术概述

1.3 梯度材料及截齿刀头的国内外研究现状

1.4 选题的创新性

1.5 研究的主要内容及思路

2 试验材料及试验方法

2.1 实验设备、实验材料

2.2 等离子梯度冶金设备参数的确定及粉末体系概述

2.3 试样的制备、观察及性能分析方法

3 高Cr系等离子梯度截齿刀头组织性能特征分析

3.1 高Cr系等离子梯度冶金刀头组织形貌分析

3.2 高Cr系等离子梯度冶金刀头成分物相分析

3.3 高Cr系等离子梯度冶金刀头显微硬度分析

3.4 本章小结

4 高W系等离子梯度截齿刀头头部组织性能特征分析

4.1 高W系梯度冶金刀头头部组织成分分析

4.2 高W系梯度冶金刀头头部显微硬度分析

4.3 高W系梯度冶金刀头热处理

4.4 本章小结

5 等离子梯度冶金机理的研究

5.1 等离子束的电磁特性

5.2 凝固机理的研究

5.3 等离子梯度冶金缺陷分析及防止

5.4 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

在学期间研究成果