粉末冶金反应合成碳化钒颗粒增强铁基复合材料制备工艺基础研究

摘要

通过合理的成分设计和工艺参数的优化，利用粉末冶金技术，采用原位合成的方法，成功的制备了碳化钒颗粒增强铁基复合材料。利用粒度分析仪、光学显微镜和扫描电子显微镜研究了球磨工艺参数、碳钒比对试样烧结致密化的影响；利用X射线衍射仪和DTA研究了Fe-V-C三元系碳化反应σ相分解机理以及碳化反应过程；借助于能谱仪、SEM以及XRD对复合材料的显微组织进行了分析。 工艺性研究表明：（1）球磨24小时的合金粉要比球磨36小时的合金粉表现出更小的平均粒径和颗粒均匀程度。这是由于球磨36小时正处于脆性-延性球磨的第二阶段，颗粒之间发生了冷焊所导致的。（2）球磨时间为36小时的试样的体积收缩要明显高于球磨时间为24小时试样，并且在比较低的温度下就达到了最大体积收缩。（3）高的碳钒比有助于粉末压坯更快的达到最大体积收缩，但同时也更容易在试样内部形成过多的孔洞。（4）球磨时间长（36h）的粉末压坯烧结后相对于球磨时间较短（24h）的粉末表现出更高，更均匀的密度。 Fe-V-C三元系碳化反应中由于V与C强的亲和力，使得在烧结温度远远低于1252℃时，钒铁中的σ相已经开始转变为钒在α-Fe中的固溶体（α-Fe,V），V与石墨发生了碳化反应，生成了V<,8>C<,7>。经700℃烧结后其相组成主要由碳化反应生成的V<,8>C<,7>和α-Fe以及没有反应的石墨和。σ-（FeV）相组成。随着烧结温度的提高，V<,8>C<,7>的相对衍射强度显著增加，α-Fe的相对衍射强度先有微弱降低随后逐渐升高，石墨和σ-（FeV）相的相对衍射强度则急剧降低。在800℃时候石墨的衍射峰已经消失，在850℃时候σ-（FeV）分解完毕，反应生成相由α-Fe和V<,8>C<,7>组成；随后α-Fe和V<,8>C<,7>的衍射峰继续升高。在800℃之前α-Fe的衍射峰的下降是由于σ相变引起晶格畸变造成的；在800℃后α-Fe的衍射峰的强度逐渐升高，这是由于随着碳化反应的进行，钒元素不断被消耗，α-Fe的晶格畸变逐渐减小造成的。根据800℃试样的电镜照片，表明低温阶段有亚微米的碳化钒颗粒生成，通过对700℃和750℃试样晶粒度的计算，表明生成的碳化钒的晶粒度为纳米级。随着烧结温度的升高碳化钒的颗粒逐渐团聚长大，试样的致密化程度随之升高。 研究表明在粉末中添加Ni，M<,0>等合金元素可以改善硬质相与基体的润湿性，减少试样中的孔洞，提高增强体与基体的结合能力。对添加合金元素的烧结试样断口分析表明，主要是沿晶和解理断裂。复合材料的基体组织在添加合金元素前为屈氏体；添加合金元素后为马氏体组织+奥氏体组织，其上分布着V<,8>C<,7>颗粒。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章试样的制备及实验方法

第三章制备工艺对碳化钒颗粒增强铁基复合材料致密化的影响

第四章FE-V-C三元第反应机理的研究

第五章合金元素对碳化钒颗粒增强铁基复合材料组织的影响

第六章总结与展望

参考文献

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