离心铸造WC/钢复合材料的组织及热疲劳裂纹形成研究

摘要

采用离心铸造工艺制备了以废弃的轴承钢GCr15为基体，WC颗粒为硬质相的WC/钢复合材料LGJW20，利用金相分析、显微硬度计、扫描电镜、X射线及能普分析等方法研究了材料的微观组织、性能及碳化物的演变过程，不同热处理状态下材料的组织结构和碳化物的溶解行为，重点分析了该材料的热疲劳裂纹的形成机理及裂纹的扩展方式。 研究结果表明，该材料原态组织是由低温莱氏体(P+Fe3CII(共晶))、一次渗碳体(Fe3CI)、二次渗碳体(Fe3CII)、合金渗碳体((Fe，M)3C)等碳化物及粒状珠光体组成，且其中有大量细小的WC、W2C、再结晶W-Fe-C以及M6C、M7C3、M23C6等碳化物颗粒析出；碳化物的形态较多，主要有细小颗粒状、网状、鱼骨状、树枝状和团块状。 LGJW20经退火处理后，组织由球状珠光体钢基体和各种类型碳化物构成；不同温度的淬火组织为针状马氏体基体上分布着各种形态的碳化物以及残余奥氏体；回火处理增强了细小点状碳化物在基体中分布的均匀性，部分残余奥氏体转变为马氏体。碳化物和WC颗粒在热处理过程中与钢基体发生了相互作用：溶解、扩散和析出作用。 LGJW20热疲劳裂纹孕育期较短，裂纹在V型缺口根部萌生后，并在长度方向上迅速扩展。裂纹的形态主要有：折线形、梯形、Y形、直线形以及圆弧形。碳化物相与钢基体相界面、网状碳化物以及大颗粒WC颗粒和团块状碳化物是裂纹扩展的主要渠道，随着循环次数的增加，裂纹可在钢基体中扩展，而在硬脆的鱼骨状和树枝状碳化物中很难出现。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章 绪论

1.1引言

1.2 WC／钢基复合材料及复合轧辊的研究进展

1.2.1轧辊的工作特性及材料要求

1.2.2 WC／钢基复合材料的选用

1.2.3存在问题

1.2.4轧辊的失效形式

1.2.5 WC／钢基复合材料复合轧辊工艺

1.3 WC／钢复合材料热处理的研究

1.4金属基复合材料热疲劳性能的研究

1.4.1热疲劳裂纹的形成机理

1.4.2热疲劳的影响因素

1.5本课题研究的主要内容及意义

第二章 试验材料的选择、制备及方案的确定

2.1材料的选用

2.1.1基体材料的选用

2.1.2增强体材料的选用

2.2试样的制取

2.2.1轧辊毛坯的制取

2.2.2试样的制取

2.2.3离心铸造工艺特点

2.3实验法案的确定

2.4试样的热处理

2.4.1退火处理

2.4.2淬火和回火处理

2.5热疲劳实验

2.6材料的性能测试

2.6.1洛氏硬度测试

2.6.2显微硬度测试

2.7试验仪器及设备

第三章离心铸造WC／钢复合材料LGJW20的组织研究

3.1前沿

3.2实验结果与分析

3.2.1显微组织

3.2.2碳化物的形态和分布

3.2.3 WC颗粒的变化

3.2.4 WC的溶解和碳化物的形态对复合材料力学性能的影响

3.3本章结论

第四章LGJW20热处理态组织及性能的研究

4.1引言

4.2退火处理

4.2.1退火态组织结构

4.2.2试样退火后硬度变化

4.3淬火与回火

4.3.1淬火组织特征

4.3.2淬火工艺对碳化物的影响

4.3.3淬火工艺对试样硬度的影响

4.4回火组织特征及硬度分析

4.5本章结论

第五章WC／钢复合材料中碳化物的溶解与析出行为

5.1引言

5.2复合材料中碳化物

5.2.1碳化物的形态

5.2.2碳化物的构成

5.3 WC颗粒形态及溶解行为

5.4 WC颗粒的溶解及碳化物的析出对复合材料性能的影响

5.5本章结论

第六章 LGJW20热疲劳行为的研究

6.1引言

6.2热疲劳试样的确定

6.3热裂纹的形成机理

6.3.1裂纹的萌生

6.3.2裂纹的扩展

6.4裂纹的形态

6.5热疲劳抗力的影响因素

6.5.1基体组织的影响

6.5.2碳化物的影响

6.5.3合金元素的影响

6.6热循环对试样硬度的影响

6.7碳化物的破坏形式

6.8本章结论

第七章 结论

参考文献

硕士期间发表论文情况