自生TiC铁基复合材料的三体磨料磨损性能的工艺探究

采用铸造法制备自生TiC增强高铬铸铁基的复合材料,通过金相显微镜和XRD等手段研究复合材料界面结构和物相组成。研究了浇注温度(1 350、1 405、1 420℃)对其复合材料磨损性能的影响,对比了TiC增强铁基复合材料和高铬铸铁的三体磨损性能。结果表明,当浇注温度为1 420℃时,三体磨损性能最好,复合材料的三体磨损性能是热处理态标样高铬铸铁的1.75倍;当浇注温度为1 420℃时,增强相TiC的硬度最高,平均维氏硬度达到1 076.2 HV。     

CeF3对无压熔渗法制备TiC／Ni3Al复合材料的渗入工艺影响

以化学纯镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉为原料,采用燃烧合成方法置备了TiC/Ni3Al含孔预制件,用无压熔渗法制备了Ni3Al熔渗TiC/Ni3Al复合材料,研究了CeF3对无压渗透工艺、渗透动力学及TiC/Ni3Al复合材料的微观组织、硬度的影响.采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成、微观结构.试验结果表明,无压熔渗法是制备致密的TiC/Ni3Al复合材料的有效方法,添加适量稀土CeF3,可大大缩短渗透时间;在完成渗透获得致密组织的前提下,添加CeF3对TiC/Ni3Al复合材料的硬度无显著影响;渗透后复合材料的组成相为Ni3Al和TiC两相,Ni3Al相和TiC颗粒结合良好;制备的TiC/Ni3Al复合材料的维氏硬度随TiC体积分数的增加而增加,w(CeF3)为0.6%,w(TiC)分别为70%和80%时,复合材料的维氏硬度平均值分别为HV561和HV653.     

浸渗法制备高铬铸铁/TiC-SiC复合材料及微观组织

采用小颗粒TiC包覆SiC陶瓷颗粒,在惰性气体保护下选用无压浸渗方法制备了高铬铸铁/TiC-SiC复合材料;利用SEM/EDX观察和分析了液态铸铁在SiC预制体中的浸渗情况、组织特征和成分分布;结合高铬铸铁/Ti-SiC复合材料的组织特点和浸渗行为特点,分析了TiC粉体对浸渗行为和复合材料组织的影响。观察结果表明,当TiC加入量≤10%(质量分数,下同)时,Fe/Cr合金无法润湿SiC颗粒,而当加入量≥20%时,Fe/Cr合金和预制体之间润湿性得到改善,增加TiC含量更有利于Fe/Cr合金浸渗;基体中大尺寸SiC颗粒消失,出现了尺寸接近毫米级的条状单质碳,这与高铬铸铁/Ti-SiC复合材料的组织差异较大。对比两种复合材料组织发现,添加Ti粉末在金属液中可与C结合生成TiC,而添加的TiC颗粒在组织中呈鹅卵石状,边缘圆润,出现金属液与陶瓷颗粒之间的互溶。在浸渗过程中,添加TiC和Ti与浸渗金属发生的反应不同,且高质量分数的TiC对金属液浸渗过程有明显的促进作用。     

增强相含量对原位(TiB+TiC)增强钛基复合材料组织与性能的影响

采用放电等离子烧结法制备了(TiC+TiB)/TC4复合材料，并研究了TiC和TiB增强相含量对钛基复合材料物相组成、微观结构和力学性能的影响。采用SPS温度为1 100℃原位合成制备出(TiC+TiB)/TC4复合材料，TiCp和TiBw呈准连续的网状结构分布在晶界处。样品按照TiC∶TiB为1∶1的比例来制备出增强相体积分数为x%(x=0、1、2.5、5、7.5)增强钛基复合材料。在增强相的体积分数为2.5%时复合材料的屈服强度、抗压强度最高，分别为1 264和1 803 MPa,工程应变由基体合金的30%增加至39.4%。     

Ti活化SiC/高铬铸铁复合材料组织结构及浸渗行为

采用氩气保护条件下无压浸渗工艺,在活性元素Ti的诱导下成功制备了SiC陶瓷/高铬铸铁复合材料,并采用SEM、XRD、EDS等方法进行试验分析。结果表明:SiC颗粒均匀分布在高铬铸铁基体中,两者界面结合良好。复合材料中检测到TiC、TiO、FeO等新相,其中TiC为主要生成物,与SiC颗粒及金属基体均形成紧密结合界面,是高铬铸铁浸渗SiC预制体的关键因素。随着Ti含量增加,高铬铸铁在预制体中的浸渗深度增加。Si元素与Ti的结合能力较弱而向金属基体的扩散较明显; Ti元素易团聚,扩散很微弱,扩散的C元素与Ti元素结合的倾向性较强,生成TiC;Cr元素向SiC颗粒的扩散明显。     

ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料浸渗组织及机理

以高铬铸铁为金属基体,添加Ti粉的ZTA陶瓷颗粒为增强体,采用无压浸渗方法制备了ZTA陶瓷/高铬铸铁复合材料。采用SEM、EDS、XRD等试验方法分析了该复合材料的成分分布和组织结构。结果表明,高铬铸铁熔体能够浸渗到Ti含量为5%的ZTA预制体中,并在复合材料中均匀分布;预制体中的Ti颗粒与合金中的Cr元素对浸渗有促进作用;高铬铸铁合金与陶瓷结合界面处存在FeAl_2O_4、FeTiO_5和AlCrO_3相。     

TiC含量对微波烧结TiC/TC4复合材料组织和性能的影响

通过微波烧结法制备TiC/TC4复合材料,研究不同质量分数增强相TiC(0%、5%、10%、15%)对钛基复合材料显微组织和性能的影响。结果表明:TiC/TC4复合材料只有TiC和基体α-Ti+β-Ti 3种物相组成。随着增强相TiC含量增加,TiC/TC4复合材料相对密度、显微硬度(HV)、室温抗压缩强度均提高,分别达到98.01%、6610 MPa、1789 MPa,其相对密度与有关文献中的真空烧结相比提高2%~6%,其抗压强度与熔铸法制备的铸态钛基复合材料相比提高5%~15%。随TiC含量增加,TiC/TC4复合材料耐磨性提高,摩擦系数在0.25~0.30之间,其室温磨损机制由磨粒磨损和粘着磨损转变为轻微的剥层磨损。     

无压熔渗法制备TiC/Ni3Al复合材料的渗入工艺研究

以化学纯镍粉、钛粉、铝粉、石墨粉为原料,采用燃烧合成方法制备了TiC/Ni3Al含孔预制件,用无压熔渗法制备了Ni3Al熔渗TiC/Ni3Al复合材料,研究了渗透温度和时间对TiC/Ni3Al复合材料的微观组织、硬度的影响,对无压渗透动力学进行了探讨.采用XRD和SEM分析了复合材料的相组成和微观结构.试验结果表明,无压熔渗法是制备致密的TiC/Ni3Al复合材料的有效方法,适当提高渗透温度,可大大缩短渗透时间.在完成渗透获得致密组织的前提下,渗透温度和渗透时间对TiC/Ni3Al复合材料的硬度无显著影响.渗透后复合材料的组成相为Ni3Al和TiC,颗粒结合良好.制备的Ni3Al/TiC复合材料的维氏硬度随TiC体积分数的增加而提高.     

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备及其耐磨性能研究

以自制的不同Ti含量的Fe-Ti预制体粘结剂和ZTA(氧化锆增韧氧化铝)陶瓷颗粒为原料,制备出多孔陶瓷预制体,然后采用消失模铸造制备了ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。利用OM、XRD、SEM等手段分析了复合材料的物相组成,并进行高应力碾碎式三体磨料磨损试验,测试了复合材料的耐磨性,探索了复合材料的磨损机制。结果表明,采用含10wt%Ti预制体粘结剂制备的复合材料耐磨性为高铬铸铁的3倍,采用含15wt%Ti预制体粘结剂制备的复合材料耐磨性为高铬铸铁的2.4倍。复合材料的界面结合良好,磨损过程中,ZTA陶瓷颗粒对高铬铸铁基体形成保护作用,基体对ZTA陶瓷颗粒起到良好的支撑作用,两者协同作用增强了复合材料的耐磨性能。     

铸造烧结工艺对ZTA陶瓷力学性能和三体磨损性能的影响

铸造烧结法制备ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料工艺过程中,ZTA陶瓷增强体的性能演变直接关系到复合材料的综合性能。本文研究了铸造烧结工艺对ZTA陶瓷组分和力学性能的影响,对比了热处理态ZTA陶瓷与高铬铸铁的三体磨损性能。结果表明:铸造烧结各工艺段,ZTA陶瓷都由t-ZrO_2相、α-Al_2O_3相和少量m-ZrO_2相组成,铸造烧结工艺对ZTA陶瓷密度影响较小,但对抗弯强度和硬度的影响较大;热处理态ZTA陶瓷硬度是高铬铸铁的2.65倍,三体磨料磨损性能是高铬铸铁的1.52倍。     

等离子熔化沉积TiC增强Inconel 718基原位自生复合材料显微组织及高温耐磨性

为改善镍基高温合金Inconel 718的高温耐磨性,利用同轴送粉等离子熔化沉积快速成形技术原位合成了TiC增强Inconel 718高温合金基高温耐磨复合材料。分析了复合材料的显微组织结构和原位自生过程,探讨了增强相TiC的含量对复合材料的显微硬度及高温干滑动摩擦磨损性能的影响规律,研究了复合材料的高温磨损机理。结果表明:复合材料组织细小致密,显微硬度随TiC增强相体积分数增加而相应提高;在高温干滑动磨损实验条件下,复合材料表现出优异的耐磨性。     

Correlation of microstructure with the wear resistance and fracture toughness of white cast iron alloys

The objective of this investigation was to set down (on the basis of the results obtained by the examination of white cast iron alloys with different contents of alloying elements) a correlation between chemical composition and microstructure, on one hand, and the properties relevant for this group of materials, i.e., wear resistance and fracture toughness, on the other. Experimental results indicate that the volume fraction of the eutectic carbide phase (M₃C or M₇C₃) have an important influence on the wear resistance of white iron alloys under low-stress abrasion conditions. Besides, the martensitic or martensite-austenitic matrix microstructure more adequately reinforced the eutectic carbides, minimizing cracking and removal during wear, than did the austenitic matrix. The secondary carbides which precipitate in the matrix regions of high chromium iron also influence the abrasion behaviour. The results of fracture toughness tests show that the dynamic fracture toughness in white irons is determined mainly by the properties of the matrix. The high chromium iron containing 1.19 wt% V in the as-cast condition, showed the greater fracture toughness when compared to other experimental alloys. The higher toughness was attributed to strengthening during fracture, since very fine secondary carbide particles were present mainly in an austenitic matrix.     

WC颗粒增强Cr系抗磨白口铸铁表层复合材料抗磨损性能的研究

本文研究了在三体磨损条件下,WC颗粒增强Cr系白口铸铁表层复合材料的三体磨损性能;并与相应的Cr系白口铸铁的三体磨损性能进行了比较.结果表明,铸态去应力处理时,Cr系白口铸铁随着金属Cr含量的增加,其耐磨性有所增强.Cr含量从2%增加到26%,相对耐磨性从1增加到1.39,而复合材料相对于基体材料的耐磨性提高到了6以上;硬化态去应力处理时,Cr系白口铸铁随着金属Cr含量的增加,其耐磨性略有增强.Cr含量从2%增加到26%,相对耐磨性从1增加到1.29,而复合材料相对于基体材料的耐磨性提高到5以上.可见,为了提高Cr系白口铸铁材料表层的耐磨性能,采用WC颗粒增强Cr系抗磨白口铸铁表层复合材料的途径十分有效.     

WC颗粒增强Cr系白口铸铁复合材料的三体磨损性能的研究

系统研究了在三体磨损条件下,WC颗粒增强Cr系白口铸铁表层复合材料的抗磨损性能,并与相应的Cr系白口铸铁的抗磨损性能进行了比较.结果表明,铸态去应力处理时,Cr系白口铸铁随着金属Cr含量的增加,其耐磨性有所增强;Cr含量从2%增加到26%,相对耐磨性从1增加到1.39,而复合材料相对于基体材料的耐磨性提高到了6以上.硬化态去应力处理时,Cr系白口铸铁随着金属Cr含量的增加,其耐磨性略有增强;Cr含量从2%增加到26%,相对耐磨性从1增加到1.29,而复合材料相对于基体材料的耐磨性提高到5以上.可见,为了提高Cr系白口铸铁材料表层的耐磨性能,采用制备WC颗粒增强Cr系抗磨白口铸铁表层复合材料的途径十分有效.     

TiC-Maraging stainless steel composite： microstructure, mechanical and wear properties

Particulate TiC reinforced 17-4PH and 465 maraging stainless steel matrix composites were processed by conventional powder metallurgy （P/M）. TiC-maraging stainless steel composites with theoretical density 〉97% were produced using conventional P/M. The microstructure, and mechanical and wear properties of the composites were evaluated. The microstructure of the composites consisted of （core-rim structure） spherical and semi-spherical TiC particles depending on the wettability of the matrix with TiC particles. In TiC-maraging stainless steel composites, 465 stainless steel binder phase showed good wettability with TiC particles. Some microcracks appeared in the composites, indicating the presence of tensile stresses in the composites produced during sintering. The typical properties, hardness, and bend strength were reported for the composites. After heat treatment and aging, an increase in hardness was observed. The increase in hardness was at- tributed to the aging reaction in maraging stainless steel. The specific wear behavior of the composites strongly depends on the content of TiC particles and their interparticle spacing, and on the heat treatment of the maraging stainless steel.     

铸造烧结Fe—TiC表面复合材料的制备及其耐磨性原因

运用铸造烧结技术，在铸铁件表面合成了厚度为3～4mm的Fe-TiC表面复合材料，该表面复合材料中同时含有铬的碳化物和大量的TiC颗粒，表面复合材料的硬度由表及里逐步降低，在重载干滑动磨损条件下，表面复合材料显示了良好的耐磨性。     

Development of boron white cast iron

Abstract

With boron substituting for carbon in cast iron composition and eutectic borides substituting for eutectic carbides in microstructure as the hard wear resistant phase, a new kind of wear resistant white cast iron has been developed. The microstructure and mechanical properties of this new white cast iron both in the as cast state and after appropriate heat treatments were studied. The results show that the as cast microstructure of the boron white cast iron comprises a dendritic matrix and interdendritic eutectics, and the eutectic compound is that of M₂B or M′_0˙9Cr_1˙1B_0˙9 type, where M represents Fe, Cr or Mn and M′ represents Fe or Mn. The morphology of the eutectic borides is much like that of carbide in high chromium white cast iron, but the hardness of boride is higher than that of carbide. The matrix in as cast microstructure comprises martensite and pearlite. After austenitising and quenching, the matrix mostly changes to lath type martensite and the eutectic borides remain unchanged. In addition, two different sizes of particles, with different forming processes during heat treatment, appear in the matrix. The boron white cast iron possesses higher hardness and toughness than conventional white cast iron and nickel hard white cast iron, and has a better balance between hardness and toughness than high chromium white cast iron.     

陶瓷硬质相对铁基复合材料组织和性能的影响

采用明弧堆焊技术在Q235基体金属表面制备Fe-Cr-C-B-N-Ti系铁基复合材料. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计和磨料磨损试验机对铁基复合材料的组织和性能进行分析与测试. 结果表明，铁基复合材料的基体组织由马氏体（M）和少量残余奥氏体（A）组成，硬质相由TiB₂，TiN，TiC，M₂₃（C，B）₆，M₃（C，B）和M₂B组成. 随着钛添加量的增多，初生陶瓷硬质相颗粒（TiB₂，TiN和TiC）和共晶硬质相（M₂₃（C，B）₆，M₃（C，B）和M₂B）增多，基体组织减少并细化. 当钛添加量为4%时，铁基复合材料的耐磨性达到最佳，此时硬度为66 HRC，磨损量为0.042 9 g.     

电磁感应合成碳化钛—灰铸铁复合材料的研究

用钛丝作为增强相的原材料,用电磁感应熔渗法,制得了碳化钛增强铁基复合材料。对TiC/Fe复合材料的微观组织、摩擦磨损行为进行了研究,结果表明:制备得到的TiC硬质相,沿原来钛丝方向分布较为均匀;复合试样的耐磨性是灰铸铁的4.08倍,磨损机理为微区破裂机制和显微犁削机制共同作用。