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.     

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。     

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。     

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。     

Ni对WC/钢基表面复合材料组织和界面的影响

利用铸渗法制备了WC颗粒增强钢基表面复合材料,通过金相、扫描电镜等测试手段,重点研究了预制层中添加Ni粉对WC/钢基表面复合材料组织和界面的影响。结果表明,随着Ni添加量的增加,铸渗层中WC颗粒数目逐渐增多,复合层与基材的过渡趋于平缓,表面质量也趋于完好。同时,随着Ni添加量的增加,过渡层的变化逐渐趋向平缓,基体中马氏体、残余奥氏体及共晶碳化物的数量逐渐增加,并且复合层表层硬度呈现递增的趋势。     

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。     

铸渗法制备铁基表面复合材料的铸渗过程研究

通过铸渗温度场测试及差热分析等测试手段,对铸渗法制备铁基表面复合材料的铸渗过程进行了探讨,提出了物质流和能量流协调作用的模型。研究结果表明：当基材为HT300,预置体为单一的WC颗粒时,预置体中的温度高于1281℃是获得理想铸渗层的必要条件,而当基材为HT300,预置体为WC和高碳铬铁混合颗粒时,要形成良好的铸渗层,HT300母液的渗透作用即物质流的传递是不可缺少的。根据建立的铸渗物质流和能量流协调作用模型得出,要达到理想的铸渗效果,物质流和能量流的作用缺一不可。但是如果将预置体中的高碳铬铁换成熔点较低、与WC颗粒润湿良好的物质,单独依靠间接能量流的作用可能也会形成理想的铸渗层。     

浇注温度对真空实型铸渗效果的影响规律研究

为了优化设计真空实型(V-EPC)铸渗工艺参数,论文利用自制的铸渗设备对不同浇注温度下的铸渗效果进行测试,重点讨论了浇注温度对铸渗层深度和铸渗层组织的影响。研究结果表明,制备的复合材料的铸渗层都有较大的厚度(3.1～6.7mm),随浇注温度的升高,由于基材金属液的流动性先升高后降低,铸渗层厚度也呈先升高后降低的趋势,当浇注温度约为1550℃时达到最大值6.7mm。组织研究结果表明:随着浇注温度的升高,铸渗层组织中碳化钨(WC)颗粒体积分数基本保持不变,但是WC颗粒在基体中的溶解程度有所加剧,其对金属液的流动性起阻碍作用;浇注温度必须适宜,适合该工艺的浇注温度为1500℃左右。     

工艺参数对钢基铸渗复合层质量的影响

以ZG310-570为基体、高碳铬铁粉末为铸渗剂,采用铸渗工艺并结合Al热反应制备了钢基表面铸渗复合材料,研究了浇注温度、预制块放置位置、粘结剂等因素对铸渗层形成的影响。结果表明,钢水浇注温度为1 650℃时,预制块与钢水完全反应渗透,实现了预制块与基体间的冶金结合,增强相为M7C3、Cr7C、Al2O3等;预制块以半嵌入式置于型腔内壁时,易制备出金属基铸渗复合层;预制块中不加粘结剂所得铸渗复合层品质最好。     

WC/铁基复合材料铸渗复合层的研究

复合层的厚度及其质量是决定复合材料耐磨性的重要因素。实验采用铸渗法工艺,以低铬铸铁为基体,WC颗粒为主要渗剂,研究浇注温度、预制膏块的厚度、增强体颗粒的含量、增强体颗粒改性处理等因素对铸渗层的影响,确定铁基表面复合材料制备的最佳制备工艺。     

真空实型铸渗法制备自生TiC颗粒增强钢基表面复合材料的组织研究

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(V-EPC)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Ti-C和Ti-C-Fe两种自蔓延反应体系的复合材料组织.结果表明,两种体系制备的复合材料复合层均由TiC颗粒和α-Fe组成;Ti-C体系在铸渗的作用下能形成复合层,其厚度为2.9mm,小于预制块的厚度(4mm);Ti-C-Fe体系所获得的复合层厚度与预制块厚度相近.从过渡层到复合层表面,两种体系复合层中颗粒都呈逐渐长大的趋势,Ti-C体系比Ti-C-Fe体系长大的趋势更明显,生成的颗粒也更粗大.     

添加Mn对高碳铬铁铸渗复合材料组织的影响

利用铸渗工艺在ZG45钢表面获得高锰高碳的铬铁铸渗层,通过改变铸渗合金粉中锰含量,研究了锰对铸渗表面复合材料组织均匀性及性能的影响。结果表明:获得的铸渗层厚度在6 mm以上;当自制合金粉末中锰含量为11%时,获得的铸态组织中碳化物以菊花状弥散均匀地分布在奥氏体基体中,碳化物主要有Cr7C3、Fe3C、Cr23C6等,铸渗层致密,无气孔,铸渗层与基体之间为冶金结合,且此时硬度达到最大值HRC56。     

铬含量对高碳铬铁铸渗层组织及性能的影响

采用铸渗工艺在45钢表面获得高碳铬铁铸渗层,通过改变铸渗合金粉末中Cr含量,研究了Cr含量对铸渗层组织及性能的影响。结果表明:铸渗层与基体呈良好的冶金结合,主要的碳化物有Cr_7C_3、Fe_3C、Cr_(23)C_7;并且随着Cr含量的增加,菊花状弥散分布的Cr_7C_3型碳化物明显增多,当合金粉末中铬含量为60%时,铸渗层硬度较高,此时铸渗层耐磨性能最佳,是基体的1.7倍。     

复合颗粒铸渗制备钢基表面复合材料研究

将WC和Cr-Fe粉末混合并压制成大粒度的复合颗粒,涂覆于铸型型腔中,然后浇注45钢液进行铸渗实验,并对铸渗层的厚度、组成及铸渗机制进行了研究。结果表明,采用复合颗粒铸渗法得到比普通铸渗法更厚的且无缺陷的铸渗复合层,该复合层由熔合层和钎焊层组成。铸渗机制为高温金属液先渗入复合大颗粒间的通道,将颗粒包围,然后渗入复合颗粒中小颗粒的间隙,最后凝固结晶,形成铸渗复合层。     

浇注温度对消失模真空铸造铸渗效果的影响

对不同浇注温度下的铸渗效果进行了测试。结果表明:(1)制备复合材料的铸渗层都有较大的厚度(3.1～6.7mm),随浇注温度的升高,铸渗层厚度先增加后降低,当浇注温度约为1550℃时达到最大值6.7mm;(2)随着浇注温度的升高,铸渗层组织中WC颗粒体积分数基本保持不变,但是WC颗粒在基体中的熔解程度有所加剧,对金属液的流动性起阻碍作用;(3)浇注温度的确定必须适宜,适合该工艺的浇注温度为1500℃左右。     

铸渗不同粒度的高碳铬铁对铸渗层厚度的影响

采用铸渗工艺在ZG30Cr钢表面获得WC颗粒与高铬铸铁的铸渗层,通过改变高铬铸铁颗粒度,测定铸渗层厚度,铸渗层至基体区硬度及能谱线扫描,研究铸渗层组织及性能.结果表明,Cr-Fe颗粒度为100目,4%的硼砂作熔剂,4%的酚醛树脂作粘结剂,涂敷层厚度为4 mm的铸型,浇注温度控制在1 600℃左右的条件下,铸渗层组织致密,无气孔、夹渣等缺陷,表面最大硬度可达700 HV,铸渗层厚度为7～8 mm.     

铸钢表面消失模铸渗碳化钨研究

采用消失模铸渗工艺制造表面复合材料铸钢,研究了铸渗用耐磨涂料的组成。结果表明,耐磨涂料的主要固体组分(体积分数)为:55%～65%的WC(粒度为0.34mm),8%的铬铁(Fe-60Cr),1%的添加剂,余量为可挥发性聚苯乙烯(EPS)颗粒。测试了铸渗层的布氏硬度,并在ML-100型磨粒磨损试验机上测试了铸渗层的耐磨性。结果显示,铸渗层的硬度是基体的1.7倍,耐磨性是基体的2.8倍以上。通过对耐磨涂料的组成分析及铸渗层的组织观察,说明了铸渗层硬度及耐磨性提高的原因。     

渗剂成分对钨铬表面复合层组织的影响

采用碳化钨和高碳铬铁作为主要渗剂,利用传统的铸渗工艺研究了渗剂成分对钨铬表面复合层组织的影响。结果表明:在ZG230-450铸件表面形成了一定厚度,与基体呈冶金结合的表面复合层;随碳化钨含量的增加,表面复合层中铬碳化物和钨碳化物的相对数量发生变化;随碳化钨和高碳铬铁含量的增加,表面复合层中铬碳化物的形态由断续网状转变为葵花状和条杆状。     

B_4C粒度对45钢基表面复合材料组织的影响

研究了Ti、B_4C和Ti-Fe混合粉体系自蔓延高温合成制备金属基复合材料时,B_4C粉粒度对复合材料组织的影响。结果表明,B_4C粉末粒度减小,有利于促进高温钢液点燃合金粉末预制块中的各组元,使得各组元的反应充分;生成的TiC和TiB_2增强颗粒的数量也随着增加,且尺寸呈现趋于细小的趋势。当B_4C粉末粒度为500目时,复合材料距离复合层外表面0.5 mm处的硬度为1 693 HV。     

具有钉扎效应的CTCP/Cr26复合材料制备及界面结构

以铸造碳化钨颗粒(Cast Tungsten Carbide Particle,CTCP)与还原铁粉为原料,采用松装烧结工艺制备具有蜂巢状结构的多孔陶瓷预制体;通过铸渗法制备了CTCP/Cr26铁基表层复合材料;采用扫描电镜、X射线衍射仪、电子探针等手段分析了预制体和复合材料的显微组织。结果表明:高温烧结过程中还原铁粉中的Fe与CTCP中的W2C发生反应,在CTCP表面形成了烧结壳层,壳层内侧的物相组成为WC+Fe3W3C,壳层外侧的物相是Fe3W3C;壳层相互连接使预制体具有较高强度,铸渗过程中高强度的预制体能够抵抗高温液态金属的热冲击,从而保证了复合材料中预制体的蜂巢状结构;制备的复合材料中CTCp与金属基体的界面形成明显的过渡层,过渡层的物相组成为WC+Fe3W3C,过渡层的形成是烧结壳层在高温金属液中发生溶解与析出的结果。