预置法对V-EPC铸渗制备复合材料组织和质量的影响

通过涂覆预制块法和压制预制块法两种预置体的预置方法,利用V-EPC铸渗工艺制备了WC增强铁基表面复合材料,着重研究了两种预置法对复合材料的表面质量和组织的影响。结果表明,压制法制备的复合材料表面质量较涂覆法好,复合层厚度均为3 mm左右,表面较平整,复合位置对铸渗件表面质量影响不大,且随着WC颗粒体积分数的增加,复合材料铸件的铸渗层表面质量呈下降趋势。对显微组织的研究表明,两种方法制备的复合材料过渡层都较平缓,在压制法制备的复合材料靠近复合层处的过渡层组织中没有石墨出现。压制法制备的复合材料复合层中WC的分布较涂覆法均匀,WC颗粒体积分数较高,WC的大小不一,一些WC颗粒产生裂纹、破碎和搭接现象,随着WC颗粒体积分数的增加,WC颗粒将变均匀。     

预制层中合金粉末粒度对WC/钢基表层复合材料复合效果的影响

在以高铬钢为基材,WC颗粒为增强颗粒,使用不同合金粉末粒度的预制层的条件下,利用真空实型铸渗法制备了WC/钢基表层复合材料,重点研究了预制层中的合金粉末粒度对表层复合材料铸渗过程及复合效果的影响.采用XRD、SEM对表层复合材料的组织进行了研究.结果表明:随着高碳铬铁粉末粒度的减小,WC颗粒在基体中的熔解程度增大,铸渗层的厚度增加,过渡层变化平缓,表面质量也日趋完好,当粉末粒度为200～320目时,所制备出的表层复合材料铸渗层完整,无裂纹,铸渗层的厚度为3mm.经分析可知,金属液带来的热量与浇铸后高温状态保持的时间长短对复合效果起到了关键性的作用.     

相对厚度对V-EPC法制备表层复合材料厚度和组织的影响

以高铬钢为基材,WC颗粒为增强颗粒,利用真空实型铸渗法(V-EPC)制备WC颗粒增强钢基表层复合材料,分析了相对厚度对制备表层复合材料厚度和组织的影响。通过光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计等对表层复合材料进行了观察和分析。结果表明:利用V-EPC法能制备出WC颗粒增强钢基表层复合材料;随着相对厚度的增加,制备该复合材料的过渡层厚度逐渐增加,复合层厚度逐渐减小;WC颗粒与基体的结合强度逐渐增加。     

预制层中合金粉末粒度对WC/钢基表层复合材料的表面质量和组织的影响

以高铬钢为基材、WC颗粒为增强颗粒,通过在预制层中加入不同粒度的高碳铬铁粉末对铸渗效果尤其是铸渗层的界面进行控制,重点研究预制层中的合金粉末粒度对表层复合材料表面质量和组织的影响。结果表明,随着高碳铬铁粉末粒度的减小,铸渗层的厚度呈递增趋势,表面质量也日趋完好,当粉末粒度为200~320目时,所制备出的表层复合材料铸渗层完整,无裂纹,铸渗层的厚度为3mm。表层复合材料的组织研究结果表明,随着高碳铬铁粉末粒度的减小,过渡层变化逐渐变平缓,而WC颗粒在基体中的溶解程度呈加剧趋势。     

V-EPC铸渗制备自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料

为了优化自生TiC颗粒增强表面复合材料的工艺参数,利用真空实型铸渗方法制备了自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料,重点研究了预制块钢粉含量对制备复合材料的表面形貌、过渡层组织、复合层组织及复合过程的影响规律。结果表明,随着预制块中钢粉含量的增加,得到的复合材料复合层的表面质量先提高后下降,复合层中TiC颗粒的分布趋于不均匀。自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的形成是钢液渗透和自蔓延反应两者共同作用的结果。     

铸铁表面Ni/WC铸渗层的热疲劳性能研究

为了满足工况条件对表面功能材料在高温、摩擦和激冷激热等方面的要求,采用负压铸渗法在铸铁表面制备了Ni／WC复合渗层,观察了渗层与基体结合形貌,研究了渗层的热疲劳性能。结果表明：在热循环过程中,渗层与基体表面出现了不同程度的氧化现象,裂纹开始出现的热循环次数随着渗层中WC含量的增加而增加,表面复合渗层最终剥落破损的热循环次数随着WC含量的增加呈先增加后减少的趋势。     

添加钨铁粉对WC/钢基表面复合材料界面及硬度的影响

采用真空铸渗工艺制备了WC/Cr15钢基表面复合材料,研究了在预置层中添加16.7 vol%钨铁粉对复合层的界面组织和基体硬度的影响。运用OM、SEM、XRD和显微硬度计对复合层的界面组织和基体硬度进行了分析。结果表明,添加16.7vol%钨铁粉改善了复合层的界面组织及力学性能的连续性,有利于降低应力集中,改善应力分布状态;反应层中形成过渡均匀分布的Fe3W3C相,使WC颗粒与基体之间形成组织过渡;复合层基体中形成弥散分布的Fe3W3C相,提高了复合层的基体硬度,增强了复合层基体的耐磨性及其对WC颗粒的支撑与固定作用。     

预制层中合金种类对V-EPC制备表层复合材料组织和界面的影响

以高铬钢为基材,WC颗粒为增强颗粒,通过在预制层中分别加入钢粉和高碳铬铁粉来调节预制层的成分,利用真空实型铸渗法(V-EPC)制备WC颗粒增强钢基表层复合材料,分析预制层中合金种类对制备表层复合材料界面的影响。研究结果表明:预制层中合金粉末的粒度对复合层中WC颗粒和基体的界面结合产生影响,在金属液的作用下,400目的钢粉比160~200目的高碳铬铁粉更易熔化,有利于WC颗粒与基体界面的形成。预制层中合金粉末为钢粉的试样,过渡层不明显,存在显微裂纹;高碳铬铁粉的试样,复合层和基材之间过渡平缓,没有孔洞和微裂纹。     

WCp/钢基表面复合材料热疲劳裂纹萌生及扩展机理

为了对经受热疲劳的表面复合材料的设计提供理论依据,采用热震试验方法对通过真空实型铸渗(V-EPC)方法制备的WC/钢基表面复合材料的热疲劳性能进行了研究,重点讨论了表面复合材料热疲劳裂纹萌生及扩展的影响因素.结果表明,在本实验条件下Ni6025WC体积分数为15％时的热疲劳性能较5％时得到较大改善.表面复合材料的热疲劳裂纹的萌生和扩展的影响因素有以下几个方面:WC颗粒本身微观质量和热导率、复合层与基材中主要元素以及WC颗粒的平均热膨胀系数、复合层中WC颗粒之间的间距、由热震而产生的界面交变循环应力等.通过改善以上影响因素可以提高复合材料的热疲劳性能.     

界面合金化制备WC_P颗粒增强钢基复合材料

采用真空实型负压铸渗工艺,通过在预制复合层中添加适量钼铁粉进行界面合金化,成功制备出了WCP颗粒增强钢基表面复合材料。结合OM、SEM、XRD和显微硬度计等分析手段对复合层物相组成、显微结构与性能进行了测试。结果表明,添加16.67%(质量分数)的钼铁粉有效改善了复合层界面组织及力学性能的连续性,改善了复合材料的铸渗效果,增加了铸渗层厚度,合金碳化物含量增加,复合层基体硬度约是基材的2倍,提高了复合材料的耐磨性。     

电冶熔铸WC/钢复合材料中WC的溶解行为

用电冶熔铸工艺制备不同WC含量的WC/钢复合材料,研究了WC颗粒在复合材料钢基体中的溶解行为和影响因素.结果表明:随着WC含量的增加,碳化物从钢基体晶界处分布逐渐转向晶内分布;随着WC颗粒尺寸的增大,在WC颗粒与钢基体界面处形成一层反应物,它阻止了WC颗粒在钢基体中的进一步溶解,同时也提高了两相界面的结合强度.通过调整电冶熔铸工艺参数和WC颗粒的尺寸及含量,可以控制WC颗粒在复合材料中的溶解行为.     

WC颗粒增强高铬钢基表层复合材料的制备和组织

采用真空实型铸渗法(V-EPC)工艺,成功制备了以高铬钢为基材,WC颗粒为增强颗粒的表层复合材料。结果表明,用含有WC颗粒和高碳铬铁颗粒的预置块制备的不同WC颗粒体积分数的高铬钢基表层复合材料,WC颗粒均匀分布于复合层中,复合层在颗粒熔化、元素扩散互溶、金属液渗入的共同作用下形成由WC、W2C共晶组织,未溶解的高碳铬铁颗粒和各种析出的碳化物组成的组织。     

硼砂在制备WCp增强铁基复合材料中的去氧化膜作用机理

通过X-Ray衍射图谱分析，研究硼砂在制备WCp增强铁基复合材料中的去氧化膜作用及原理。结果表明，在增强相碳化鸲颗粒当中加入一定量的硼砂，这些硼砂在高温铁液的热作用下将被熔化，所形成的熔融态的硼砂液可溶解氧化铁等，使固相的氧化铁等变成可以流动的液相。另一方面，无机非金属的硼砂液与碳化鸲颗粒的润湿性较差，而铁液与碳化钨颗粒之间几乎可以完全润湿。所以，当铁液进入到碳化钨颗粒之间时，铁液将把熔融态的硼砂液排挤出去。从而实现去除复合材料组织中氧化膜的目的。     

电冶熔铸WC/GCr15钢复合材料的摩擦磨损特性

选择大颗粒WC作增强相，采用电冶熔铸工艺制备了含27％WC粒子的WC／GCr15钢复合材料，观察了复合材料中WC颗粒与钢基体的结合情况；在MM-200型摩擦磨损试验机上研究了室温下复合材料同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能。结果表明：复合材料中的WC颗粒部分溶解于钢基体相，两相界面形成厚达数微米的反应层，有效地提高了界面结合强度。电冶熔铸WC／钢复合材料的耐磨性能比基体材料GCr15钢提高了5倍以上，扫描电镜下的磨痕照片显示：大颗粒WC承担了磨损的主要载荷，实验中没有发生明显脱落的现象，说明界面结合强度在提高复合材料磨损性能方面所起的作用。     

An Experimental Study on Slurry Erosion Resistance of Single and Multilayered Deposits of Ni-WC Produced by Laser-Based Powder Deposition Process

Single and multilayered deposits containing different mass fractions of tungsten carbide (WC) in nickel (Ni)-matrix (NT-20, NT-60, NT-80) are deposited on a AISI 4140 steel substrate using a laser-based powder deposition process. The transverse cross section of the coupons reveals that the higher the mass fraction of WC in Ni-matrix leads to a more uniform distribution through Ni-matrix. The slurry erosion resistance of the fabricated coupons is tested at three different impingement angles using an abrasive water jet cutting machine, which is quantified based on the erosion rate. The top layer of a multilayered deposit (i.e., NT-60 in a two-layer NT-60 over NT-20 deposit) exhibits better erosion resistance at all three tested impingement angles when compared to a single-layer (NT-60) deposit. A definite increase in the erosion resistance is noted with an addition of nano-size WC particles. The relationship between the different mass fractions of reinforcement (WC) in the deposited composite material (Ni-WC) and their corresponding matrix (Ni) hardness on the erosion rate is studied. The eroded surface is analyzed in the light of a three-dimensional (3-D) profilometer and a scanning electron microscope (SEM). The results show that a volume fraction of approximately 62% of WC with a Ni-matrix hardness of 540 HV resulting in the gouging out of WC from the Ni-matrix by the action of slurry. It is concluded that the slurry erosion resistance of the AISI 4140 steel can be significantly enhanced by introducing single and multilayered deposits of Ni-WC composite material fabricated by the laser-based powder deposition process.     

The effect of volume fraction of WC particles on wear behavior of in-situ WC/Fe composites by spark plasma sintering

Tungsten carbide (WC) particles have been in-situ synthesized through the reaction between tungsten particles and carbide particles by spark plasma sintering (SPS). The composites with different WC content were comparatively observed by the techniques of scanning electron microscopy (SEM), high-resolution transmission electron microscope (HRTEM), X-ray diffraction, hardness and pin-to-disc abrasive wear test. The results showed that the formed WC particles were homogenously distributed in the iron matrix with the size of smaller than 25 μm. Additionally, with the increasing of the WC content, the hardness of composites, the microhardness of matrix and the wear resistance increased, but there was no change significantly between 32 vol% WC/Fe composites and 42 vol% WC/Fe composites. The composites possessed excellent wear resistance comparing the specific wear rate determined in the present work to the martensitic wear-resistant steel under the load of 80 N after a sliding distance of ~ 950 m. The specific wear rate of the martensitic wear-resistant steel was a factor of 24 and 48 times higher than WC/Fe composites, when the content of WC was 32 vol% and 42 vol% in WC/Fe composites, respectively. The main wear mechanism was synthetic of abrasion wear and oxidation wear. The wear performance of 32 vol% WC/Fe composites didn't appear to be much different from 42 vol% WC/Fe composites, due to the WC particles in the 42 vol% composites produced stress concentration easily, which could ultimately induce the creak initiation around WC particles in the subsurface (near wear surface) and propagation to wear surface promoting the breakup of surface film.     

氩弧熔覆钢表面WC/NiCo硬质覆层的组织与性能

以碳化钨粉、镍粉、钴粉为原料,利用氩弧熔覆技术在Q235钢基体表面制备了WC质量分数分别为65％,70％,75％的WC/NiCo硬质覆层.用金相显微镜对覆层的显微组织和界面组织进行了分析,用显微硬度计和摩擦磨损试验机测试了覆层显微硬度和相对耐磨性.结果表明:氩弧熔覆的WC/NiCo覆层主要由WC硬质相、NiCo粘结相组...     

碳化钨增强高锰钢基复合材料冲击磨损性能的研究

为了提高高锰钢冲击磨料磨损性能,利用离心铸造法制备了WC颗粒增强高锰钢基表面复合材料,并在MLD-10型动载磨料磨损试验机上进行了冲击磨料磨损性能试验.结果表明:制备的复合材料颗粒分布均匀,WC颗粒与高锰钢基体结合良好;WC的加入提高了材料的抗冲击磨料磨损性能.     

氧化对WC_p/钢基表层复合材料热裂纹萌生扩展的影响

利用负压实型铸渗工艺,通过涂覆预制块法,成功地制备了以高铬钢为基材,WC为增强颗粒的表层复合材料,通过氧化增重法、热震实验法及扫描电镜等分析测试方法重点研究了氧化对WC/钢基表层复合材料热裂纹萌生及扩展的影响。研究结果表明:WC颗粒在高于600℃时,会氧化成为结构疏松的WO3,并且随着温度的升高,氧化反应的速度加快,而WC的氧化,对热疲劳裂纹的萌生和扩展产生重要的影响。在500℃以上的空气环境中,复合材料基体会在裂纹源的尖端处形成氧化物。结合环境中的氧对裂纹扩展影响的分析可知,生成的氧化物为裂纹的扩展提供了途径,并且使复合材料极易在热应力的作用下导致开裂。