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TiB2颗粒增强45钢基表面复合材料的研究

2020-12-12阅读(432)

TiB2颗粒增强45钢基表面复合材料的研究

论文摘要

本文介绍了将自蔓延高温合成SHS法与真空消失模铸渗V-EPC工艺相结合制备TiB2颗粒增强45钢基表面复合材料的研究。首先，将合金粉末与适量的粘结剂、助熔剂混合均匀，然后用40MPa的压力压成尺寸为Ф30×5mm的预制块。待其干燥后，将之与EPS模样粘结在一起，再涂挂消失模防粘砂涂料（厚度12mm），并在低于50℃的温度下烘干。之后，将EPS模样块置于沙箱内，浇注45钢，利用45钢的高温钢液引发预制块的SHS反应，生成TiB2颗粒增强45钢基表面复合材料。复合层内增强颗粒是在SHS反应中原位生成的，解决了增强颗粒与钢液润湿性差的问题。所以，制得的复合材料界面洁净，组织无明显缺陷，增强颗粒在组织中均匀分布。论文研究了两个SHS反应体系：（1）（B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系。该体系预制块由硼铁粉、钛铁粉和铬铁粉组成；（2）Ti-B4C-（Ti-Fe）体系。该体系由钛粉、碳化硼粉和钛铁粉组成。在（B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系中研究了合金粉末配比中钛铁粉加入量、相对厚度对表面复合层质量及显微组织的影响；在Ti-B4C-（Ti-Fe）体系中研究了合金粉末配比中钛铁粉加入量、Ti粉粒度、B4C粉粒度、相对厚度及热处理工艺对表面复合层质量及显微组织的影响。利用金相显微镜、SEM、EDS和XRD等现代分析手段研究了复合层的显微组织结构和相组成，测试了表面复合材料的显微硬度，通过对显微组织的观察分析及复合层显微硬度分布规律的分析，阐述了复合层显微组织的变化规律。结果表明：在（B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系中，生成的TiB2颗粒均匀分布于复合层基体上，但数量较少；预制块中钛铁粉的引入，增加了SHS的反应温度，并且，随着钛铁粉加入量的增加，复合层和过渡层的质量得到了显著改善；随着相对厚度δ的增加，复合材料的组织致密性得到改善，宏观缺陷减少，当δ=9时复合材料质量最佳。在Ti-B4C-（Ti-Fe）体系中，组织观察和分析表明：复合层内形成了大量的1～2μm的TiB2和TiC增强颗粒，它们均匀分布于复合层基体上。钛铁粉加入量和相对厚度对表面复合层质量及显微组织的影响与（B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系一致；Ti粉粒度对Fe-Ti液相形成过程有影响，而对Fe-Ti液相与B4C反应生成的TiB2和TiC颗粒尺寸影响较小；B4C粉末的粒度对SHS反应影响较大，B-4C粉末粒度越大，SHS反应越难以点燃，燃烧温度越低；经过热处理后，生成的TiB2和TiC颗粒数量趋向减少、尺寸减小，形貌也发生了改变。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 文献综述
  • 1.1 复合材料的发展概况
  • 1.2 金属基复合材料的发展概况
  • 1.3 颗粒增强金属基复合材料的发展概况
  • 1.4 颗粒增强金属基复合材料存在的问题
  • 1.5 颗粒增强金属基复合材料的制备方法
  • 1.5.1 外加颗粒增强金属基复合材料的制备方法及特点
  • 1.5.1.1 粉末冶金法
  • 1.5.1.2 喷射法
  • 1.5.1.3 铸渗法
  • 1.5.2 原位合成颗粒增强金属基复合材料的制备方法及特点
  • 1.5.2.1 固-固反应法
  • 1.5.2.2 固-液反应法
  • 1.5.2.3 气-液反应法
  • 1.6 TiB2颗粒增强金属基复合材料的发展概况
  • 1.6.1 TiB2颗粒增强金属基复合材料的发展概况
  • 1.7 真空消失模铸造（V-EPC）制备颗粒增强金属基复合材料的研究现状
  • 1.8 论文研究的目的及意义
  • 1.8.1 论文研究的目的
  • 1.8.2 论文的意义
  • 2 实验材料及实验方法
  • 2.1 实验材料
  • 2.1.1 45 碳素钢
  • 2.1.2 合金粉末涂料的组成
  • 2.1.2.1 （B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系
  • 4C-（Ti-Fe）体系'>2.1.2.2 Ti-B4C-（Ti-Fe）体系
  • 2.2 实验方法
  • 2.2.1 合金粉末涂料的配制及处理工艺
  • 2.2.1.1 （B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系合金粉末涂料的配制
  • 4C-（Ti-Fe）体系合金粉末涂料的配制'>2.2.1.2 Ti-B4C-（Ti-Fe）体系合金粉末涂料的配制
  • 2.2.2 表面复合材料试样的制备
  • 2.2.2.1 试样的成型
  • 2.2.2.2 相对厚度定义及其试样的制备
  • 2.2.2.3 金相试样的制备
  • 2.3 检测方法
  • 2.3.1 光学显微组织分析
  • 2.3.2 X 射线衍射分析
  • 2.3.3 扫描电镜和能谱分析
  • 2.3.4 表面复合材料硬度测试
  • 3 反应体系热力学分析
  • 3.1 （B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系 Gibbs 自由能的理论计算
  • 4C-（Ti-Fe）体系 Gibbs 自由能的理论计算'>3.2 Ti-B4C-（Ti-Fe）体系 Gibbs 自由能的理论计算
  • 4 实验结果及分析讨论
  • 4.1 （B-Fe）-（Ti-Fe）-（Cr-Fe）体系实验结果及分析讨论
  • 4.1.1 Ti-Fe 粉的加入量对表面复合材料显微组织的影响
  • 4.1.2 相对厚度对表面复合材料显微组织和硬度的影响
  • 4.1.3 小结
  • 4C-（Ti-Fe）体系实验结果及分析讨论'>4.2 Ti-B4C-（Ti-Fe）体系实验结果及分析讨论
  • 4.2.1 Ti-Fe 粉的加入量对表面复合材料显微组织的影响
  • 4.2.2 Ti 粉粒度对表面复合材料显微组织的影响
  • 4C 粒度对表面复合材料显微组织的影响'>4.2.3 B4C 粒度对表面复合材料显微组织的影响
  • 4.2.4 相对厚度对对表面复合材料显微组织的影响
  • 4.2.5 热处理对表面复合材料显微组织的影响
  • 4.2.6 小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 在学研究成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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