本文選題：真空消失模鑄造　切入點(diǎn)：自蔓延高溫合成　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：為解決鋼鐵基體表面鑄滲硬質(zhì)涂層制備過程中涂層易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷,界面結(jié)合強(qiáng)度不高和厚度范圍窄等問題,本文提出了將自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)與真空消失模鑄造(V-EPC)工藝相結(jié)合,在鋼鐵鑄件表面原位制備出SHS硬質(zhì)涂層。結(jié)果表明,制備的鋼基SHS硬質(zhì)涂層厚度范圍寬、致密度高、結(jié)合強(qiáng)度高、耐磨、耐沖擊且表面質(zhì)量良好,適合于規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。本文設(shè)計(jì)了Ti-C和Ti-W-C兩種自蔓延高溫合成反應(yīng)體系。利用X射線衍射、光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及其能譜分析、透射電鏡以及力學(xué)性能測(cè)試等綜合實(shí)驗(yàn)手段,研究了不同反應(yīng)體系成分配比、涂覆層制作方式、V-EPC工藝參數(shù)、添加劑、熱處理工藝等對(duì)硬質(zhì)涂層組織和性能的影響：對(duì)硬質(zhì)涂層及顆粒相形成機(jī)理進(jìn)行了分析。得到以下主要結(jié)論：Ti-C和Ti-W-C兩種SHS反應(yīng)體系制備硬質(zhì)涂層的基本配比：Ti/C摩爾比0.75～1.0；W/Ti摩爾比0.5～1.0。Ti-C體系鋼基硬質(zhì)涂層組織主要由原位合成的TiC顆粒和基體相組成=Ti-W-C體系鋼基硬質(zhì)涂層組織分內(nèi)外兩層,內(nèi)層以細(xì)小的TiC和(Ti,W)C顆粒相為主,外層以細(xì)小的TiC和粗大WC顆粒為主。壓坯脫膠后硬質(zhì)涂層內(nèi)部質(zhì)量好,隨著壓坯壓制力的增加,反應(yīng)合成的TiC顆粒細(xì)小,彌散分布,壓坯壓制力控制在80MPa～160MPa.通過正交實(shí)驗(yàn)得到較優(yōu)的V-EPC工藝參數(shù)為：高錳鋼澆注溫度為1520℃,負(fù)壓真空度為0.03～0.05MPa,金屬鈦粉粒度為200～300目,粘結(jié)劑為2%聚乙烯醇水溶液。隨著TiC和WC顆粒加入量的增加,可提高硬質(zhì)涂層組織致密度,反應(yīng)合成的TiC顆粒更為細(xì)小,分布均勻,顆粒相體積分?jǐn)?shù)顯著增加,顯微硬度呈上升趨勢(shì)。加入TiC顆粒后硬質(zhì)涂層組織由反應(yīng)合成TiC顆粒、外加TiC顆粒和基體相構(gòu)成。加入WC顆粒后的硬質(zhì)涂層組織由反應(yīng)合成的TiC顆粒、具有芯／殼結(jié)構(gòu)(Ti, W) C環(huán)形相以及基體相組成;經(jīng)熱處理后(Ti, W) C環(huán)形相重新溶解析出,環(huán)形相厚度變小,部分W元素固溶于基體相中產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。添加TiC的硬質(zhì)涂層顯微硬度最高值為3100HV。外加TiC最佳加入量為10wt.%, WC加入量控制在10wt.%～15wt.%之間。加入稀土Ce02后,可以凈化涂層組織,提高致密度�？上执蟮臉渲ЫM織,減少TiC顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象,形成均勻細(xì)小的粒狀晶組織。稀土Ce02加入量低于1.5wt.%。隨TiC和wC加入量的增加,硬質(zhì)涂層界面結(jié)合強(qiáng)度增加；硬質(zhì)涂層的沖擊韌性下降,添加WC后涂層沖擊韌性下降幅度大一些,沖擊斷口為脆性解理斷口；抗磨粒磨損性能增加,添加TiC后硬質(zhì)涂層耐磨性能提高幅度更大,其抗磨粒磨損能力為基體高錳鋼的8～10倍,為不添加硬質(zhì)顆粒的1.5～3倍。隨著TiC顆粒加入量的增加,磨損形貌中犁溝明顯變淺直至消失,顆粒脫落現(xiàn)象減少,表現(xiàn)出良好的抗磨粒磨損性能。將熔體鑄滲速率與Fourier傳熱模型相結(jié)合,建立了形成過程數(shù)學(xué)模型。熔體中反應(yīng)合成TiC顆�？煞譃門iC形核與長(zhǎng)大兩個(gè)階段,熔體中Ti和C元素的濃度越高,其TiC形核階段越長(zhǎng),生成的TiC晶核數(shù)量越多。TiC顆粒生長(zhǎng)為小平面光滑生長(zhǎng)模式。成功制備了SHS鋼基硬質(zhì)涂層螺旋葉片,其表面質(zhì)量良好,組織致密,與基體呈冶金結(jié)合,滿足工業(yè)化生產(chǎn)的工藝要求。解決了螺旋葉片在使用過程中的斷裂和局部磨損問題。
[Abstract]:In order to solve the problems such as porosity , slag inclusion and other defects such as porosity , slag inclusion and the like in the preparation of surface - cast hard coatings on iron and steel substrates , SHS hard coatings were prepared in situ on the surface of iron and steel castings .
Ti - W - C system steel - based hard coating is composed of TiC particles and matrix phase .
the impact toughness of the hard coating is reduced , the impact toughness of the coating after the addition of WC is large , and the impact fracture is a brittle cleavage fracture ;
The wear resistance of TiC particles is increased , and the wear resistance of hard coating after TiC is increased . The wear resistance of TiC particles is 8 锝，

本文編號(hào)：1711824