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。     

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。     

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料制备及磨损性能研究

将粒度为-10+16目的 ZTA(Zr O2增韧Al2O3)颗粒表面进行合金化处理后,与自制粘结剂按照一定的比例混合、成型、烧结,获得蜂窝状陶瓷预制件;然后,浇注高铬铸铁铸渗预制件,制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。结果表明,复合材料中ZTA陶瓷颗粒与高铬铸铁基体界面结合致密,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;在环块三体磨料磨损条件下,复合材料耐磨性能为高铬铸铁基材的4.85倍。将该材料制备的陶瓷金属复合磨辊及衬板投入电厂使用,用户反应良好。     

热处理工艺对ZTAp/HCCI复合材料组织及耐磨性能的影响

首先将1～2 mm的ZTA(ZrO₂增韧Al₂O₃)颗粒、高铬铸铁(HCCI)粉末和粘结剂混合并压制,随后在真空下烧结制备出蜂窝状预制体,最后将高铬铸铁液浇注到预制体中制备出了ZTA颗粒增强高铬铸铁(ZTAp/HCCI)复合材料。将复合材料在940、980、1020和1060℃下淬火,确定最佳淬火温度后分别在220、320、420和520℃下回火,研究了不同热处理工艺对复合材料微观组织及三体磨料磨损性能的影响。结果表明：复合材料经1020℃淬火+420℃回火后的高铬铸铁基体组织最佳,为回火马氏体、残留奥氏体、共晶碳化物及二次碳化物,柱状区和复合区基体硬度最高为63.03和55.95 HRC,三体磨损试验累计体积损失最小为120.28 mm³,复合材料耐磨性能与热处理后高铬铸铁基体硬度正相关。     

ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料界面研究

以自制Fe-Ti金属粘结剂和ZTA(氧化锆增韧氧化铝)陶瓷颗粒为原料,采用粉末冶金工艺制备多孔陶瓷预制体,并浇注高铬铸铁制备ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料。使用OM、SEM、XRD等分析手段研究预制体和复合材料的复合界面行为。结果表明,Ti含量15%的粘结剂/ZTA复合界面结合优于Ti含量10%的粘结剂/ZTA复合界面。烧结过程中Ti、O、Zr元素扩散到复合界面微区反应形成致密、连续的Ti O_x过渡层,实现ZTA活化包覆。粘结剂与ZTA结合机制为机械结合与反应冶金结合。Ti含量15%的粘结剂制备的预制体具有一定强度和抗热冲击性能,在高铬铸铁液铸渗情况下能保持结构和尺寸,基体与ZTA结合界面致密,无空隙、孔洞缺陷,Ti O_x过渡层分布于界面处起到活化、改善界面结合的作用。     

ZTA/高铬铸铁基复合材料的制备及磨损性能研究

将粒径为2～3 mm的ZTA(ZrO2增韧Al2O3)陶瓷颗粒与自制粘结剂经混合烧结后,获得蜂巢状陶瓷预制体,浇注金属液铸渗陶瓷预制体,成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基耐磨复合材料,并考察了复合材料的三体磨料磨损性能.结果表明,复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为47％～55％;陶瓷颗粒与基体界面致密,无缩孔、裂纹等缺陷;复合材料的三体磨料磨损性能是高铬铸铁基体的2.41倍.     

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。     

定向凝固高铬铸铁Cr28的组织和腐蚀磨损性能

研究了定向凝固工艺制备的高铬铸铁Cr28的组织和性能,并将其与普通砂型铸造制备的高铬铸铁Cr28及Cr15Mo3进行比较。结果表明:本实验中所采用的简易定向凝固工艺能够实现高铬铸铁碳化物的定向排列,且与激冷面距离不同处,碳化物形态、分布和平均间距不同;在高温热强碱冲蚀磨损实验中,垂直于磨损面定向排列且分布较均匀的碳化物能使定向凝固高铬铸铁具有更好的耐磨蚀性能,碳化物平均间距λ在16~17μm之间时其耐磨蚀性能最佳;相对硬度而言,定向凝固得到的定向排列的碳化物对材料耐磨蚀性的影响更为突出。     

用脱稳－渗硼或脱稳－渗钒热处理提高高铬铸铁耐磨性

研究了高铬铸铁脱稳－渗硼和脱稳－渗钒热处理工艺、组织及性能。粘着磨损及磨料磨损耐磨性试验表明，高铬铸铁经脱稳－渗硼、脱稳－渗钒处理后，具有比普通脱稳处理工艺高得多的抗磨能力。     

颗粒增强高铬铸铁基复合材料的制备、组织与性能

将粒径为1～3 mm的ZTA(ZrO2增韧Al2O3)陶瓷颗粒与自制粘结剂均匀混合后填充到具有蜂窝状内腔的模具中固化后获得蜂窝状多孔陶瓷预制体,浇注高铬铸铁金属液铸渗陶瓷预制体成功制备出ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基耐磨复合材料,并考察了复合材料的三体磨料磨损性能.结果表明:复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为48％～58％;陶瓷颗粒与基体界面致密,无缩孔、裂纹等缺陷;经热处理后复合材料的耐三体磨料磨损性能是工程中常用的Cr20高铬铸铁的5.9倍.     

用脱稳—渗硼或脱稳—渗钒热处理提高高铬铸铁耐磨性

研究了高铬铸铁脱稳－渗硼和脱稳－渗钒热处理工艺，组织及性能，粘着磨损及磨料磨损耐磨性试验表明，高铬铸铁经脱稳－渗硼，脱稳－渗钒处理后，具有化普通脱稳化处理工艺高得多的抗磨能力。     

改善高铬铸铁力学性能的研究方法

综述了高铬铸铁的基体组织和碳化物，介绍了近年来国内外研究学者最常用的提高高铬铸铁力学性能的方法：热处理和合金化。发现高铬铸铁的高磨损性能及其他力学性能主要取决于共晶碳化物的数量、类型及基体组织。可通过热处理、合金化等方法，在高铬铸铁凝固过程中改变高铬铸铁的基体结构、改善碳化物的形貌、控制碳化物的生长等方面对高铬铸铁的性能进行优化。最后，对未来的研究方向提出了展望。     

用深冷处理改善高铬铸铁的性能

将深冷处理工艺引入高铬铸铁的性能研究，初步探讨了深冷处理对材料宏观力学性能及耐磨性的影响。试验结果表明，适当的深冷处理能够提高高铬铸铁硬度、冲击疲劳抗力及滑动磨损与滚筒磨损性能，但作用效果有限。     

高铬铸铁在MPS磨煤机磨辊上的应用

将高铬铸铁Ｃｒ２０Ｍｏ２Ｎｉ成功地用于ＭＰＳ磨煤机磨辊的生产。着重研究了磨辊的铸造和热处理工艺，并进行了磨辊工业试验。结果表明，高铬铸铁磨辊质量稳定，抗磨料磨损性能好，与镍硬Ⅳ号铸铁磨辊相比，使用寿命长，生产成本低。     

灰铸铁表面WC颗粒—高铬铸造铁铸渗层研究

采用铸渗技术，研究了在灰铸铁表面获得良好ＷＣ颗粒－高铬铸铁铸渗层工艺以及铸渗层组织和耐磨性。结果表明，在适宜工艺条件下，铸渗层平整，均匀，与在体结合良好，具有优良的抗磨粒磨损性能。用ＷＣ颗粒－高铬铸铁铸渗法制造的灰铸铁基搅拌机叶片，其使用寿命是Ｑ２３５钢制叶片的三倍以上。     

高铬硅耐磨铸铁的研制

冲击疲劳落球试验和冲击磨损试验结果表明,研制的铸态去应力处理的高铬硅耐磨铸铁抗冲击疲劳剥落和抗冲击磨料磨损性能优于马氏体Ｃｒ１５耐磨铸铁;且高铬硅耐磨铸铁断面硬度均匀、生产成本较低。高铬硅耐磨铸铁适宜于制造球磨机磨球。     

工艺条件对WC/高铬铸铁铸渗效果的影响

高铬铸铁铸渗碳化钨制备的复合材料有利于解决特殊工况条件下零部件磨损异常突出的问题，但前提条件是要达到良好的铸渗效果。作者就浇注系统、浇注温度、型腔气压、铸渗层厚度等工艺参数对铸渗效果的影响进行了试验研究。结果表明，在适宜的铸造工艺条件下，碳化钨颗粒和高铬铸铁基体之间可以形成良好的冶金结合，铸渗效果较好。     

亚临界处理对高铬铸铁组织及性能的影响

本文设计并制备了新型高铬铸铁,对其进行了系统的亚临界工艺研究。借助XRD、SEM、硬度计和粒磨磨损试验机研究了亚临界处理试样的显微组织、相组成、显微硬度及耐磨性。结果表明,制备的高铬铸铁铸态组织由枝晶状的残余奥氏体与莱氏体组成,组织中无粗大的一次碳化物。经600℃×6 h亚临界处理后,明显提高高铬铸铁的硬度及抗磨性。     

不同颗粒粒度表面复合材料的耐冲蚀磨损性能

采用负压铸渗工艺制备了WC／铁基表面复合材料，研究了不同颗粒粒度的复合材料的抗冲蚀磨损性能，并分析了磨损机理。结果表明，铸渗法制备的WC／铁基表面复合材料具有良好的抗冲蚀磨损性能，当颗粒粒度为40～60目，体积分数为30％时，其抗冲蚀磨损性能是高铬铸铁(Cr15Mo3)的3．2倍。当颗粒粒度适当(40～60目)时，颗粒对基体的“钉扎”作用强，不易脱落，颗粒间隙小，能有效保护基体，复合材料的抗冲蚀磨损性能较好．     

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。