碳化鎢/鋼基表層復(fù)合材料基體組織改性及其界面連續(xù)性研究
本文關(guān)鍵詞:春秋戰(zhàn)國(guó)之際(前481-前386)的社會(huì)變遷—學(xué)術(shù)史視野下的新考察,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】近年來(lái),碳化鎢/鋼基表層復(fù)合材料得到了較好的發(fā)展,有望在激冷激熱工況下的冶金、機(jī)械等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。但鑒于該類復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性,欲解決以上應(yīng)用問(wèn)題,復(fù)合材料的組織、界面改性及其與熱疲勞性能間的關(guān)聯(lián)機(jī)制等基礎(chǔ)理論研究將成為重中之重。論文通過(guò)在預(yù)制層中添加鎳、鉬、鈷等合金粉末,對(duì)復(fù)合材料的組織、界面和性能進(jìn)行改性,重點(diǎn)研究了合金粉末對(duì)復(fù)合材料組織、性能及界面連續(xù)性的影響機(jī)制,獲得了一些有價(jià)值的結(jié)論,為豐富碳化鎢顆粒/鋼基表層復(fù)合材料的界面理論和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍奠定了基礎(chǔ)。采用真空實(shí)型負(fù)壓(V-EPC)鑄滲工藝,成功制備了含不同種類、數(shù)量合金粉末的碳化鎢/鋼基表層復(fù)合材料,研究了工藝參數(shù)對(duì)組織和性能的影響,結(jié)果表明:(1)復(fù)合層表面均較平整,過(guò)渡層過(guò)渡平緩,顆粒與基體間界面呈冶金結(jié)合;(2)隨著預(yù)制層中鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合層組織越發(fā)均勻,缺陷減少,碳化物含量逐漸增加,其形態(tài)從網(wǎng)狀變?yōu)楠?dú)立的塊狀和桿狀,復(fù)合層硬度呈增大趨勢(shì);(3)隨著預(yù)制層中鉬粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,復(fù)合層組織中缺陷逐漸減少,共晶碳化物及含鎢初生碳化物含量逐漸增加,復(fù)合層硬度呈增大趨勢(shì);(4)隨著預(yù)制層中鈷粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,碳化鎢顆粒的棱角更加分明,基體中珠光體組織和白色碳化物C03W3C增加,灰色(Cr,Fe)7C3碳化物的數(shù)量減少,而復(fù)合層硬度呈遞增趨勢(shì)。對(duì)含不同種類、數(shù)量合金粉末表層復(fù)合材料的界面連續(xù)性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:(1)通過(guò)分區(qū)域EDS面掃描測(cè)試方法,建立了復(fù)合層與基材間宏觀界面的連續(xù)性考察標(biāo)準(zhǔn),研究發(fā)現(xiàn),合金粉末的添加均能夠改變宏觀界面成分與性能的連續(xù)性,其中鎳粉效果最佳;(2)建立了基體與增強(qiáng)體間微觀界面的連續(xù)性考察標(biāo)準(zhǔn):,通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn),獲得了不同合金粉末添加后微觀界面的過(guò)渡作用指數(shù)(Enon=19.0919;ENi=18.1604;EMo=19.8705;Eco=20.3745),其中鎳粉具有最好的過(guò)渡作用;(3)獲得了微觀界面反應(yīng)區(qū)的形成機(jī)制:碳化鎢顆粒分解產(chǎn)生的W、C元素匯集在顆粒周圍,并與基體中的Fe元素結(jié)合形成Fe3W3C,另外,由顆粒本身固有的W2C和通過(guò)顆粒內(nèi)部相變生成的W2C直接與基體中的Fe發(fā)生反應(yīng)(3Fe+3/2W2C→Fe3W3C+1/2C)生成Fe3W3C,兩種方式產(chǎn)生的Fe3W3C相存在于顆粒與基體間的界面反應(yīng)區(qū)中。通過(guò)熱震實(shí)驗(yàn)及熱疲勞裂紋觀察,研究了組織改性與抗熱疲勞性能間的關(guān)聯(lián)性,結(jié)果表明:(1)復(fù)合材料的界面連續(xù)性越好,其抗熱疲勞性能越高;(2)隨著熱震次數(shù)的增加,預(yù)制層中添加鈷粉和鉬粉的復(fù)合材料的裂紋擴(kuò)展速度較快,而添加鎳粉后,擴(kuò)展速度顯著降低,對(duì)于添加鈷粉、鉬粉的復(fù)合材料,宏觀界面處裂紋貫穿整個(gè)復(fù)合層表面需要的熱震次數(shù)分別為5次和3次,而在60次熱震后,添加鎳粉的復(fù)合材料的裂紋仍未貫穿復(fù)合層表面。
【作者】黃汝清;
【導(dǎo)師】周榮;
【作者基本信息】昆明理工大學(xué),材料加工工程,2013,博士
【關(guān)鍵詞】表層復(fù)合材料;組織;界面連續(xù)性;碳化鎢;熱疲勞;
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