表面钨合金化对高铬铸铁组织和硬度的影响

采用真空消失模铸造工艺(V-EPC)制备了高铬铸铁表面钨合金化材料,研究了表面钨合金化对高铬铸铁基体材料组织和硬度的影响。实验结果表明,基体区域的洛氏硬度约为35~40HRC,而表面合金化区域的洛氏硬度达到55~60HRC。其原因在于通过表面钨合金化可以形成硬脆相Fe3W3C,对提高基体材料的硬度有显著作用。同时,表面合金化区域内硬度较高的硬脆相Fe3W3C与硬度较低的物相Fe-Cr-C相互夹杂,Fe-Cr-C能够有效吸收载荷,防止Fe3W3C发生断裂,有利于提高材料的整体性能。

基于应力强度因子评估WC_P形状对WC_P/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响

应力强度因子在断裂力学中广泛应用于预测由远程载荷或残余应力引起的裂缝尖端附近应力状态。本文基于平面应力条件下应力强度因子建立WC P形状与其尖端应力之间的规律,利用有限元分析软件对含不同形状WC P的WC P/Fe复合材料的热应力进行模拟仿真,研究WC P形状对WC P/Fe复合材料热疲劳裂纹扩展行为的影响。研究结果表明,WC P的形状显著影响应力强度因子,进一步影响WC P/Fe复合材料的热疲劳裂纹扩展行为。含球状和不规则状WC P的WC P/Fe复合材料的极限抗压强度分别约为460 MPa和370 MPa。含不规则状WC P的WC P/Fe复合材料因应力集中而容易产生脆性开裂现象。通过热震实验进行验证,发现实验结果与模拟仿真结果相近,说明有限元法的准确性,同时为WC P/Fe复合材料的热疲劳裂纹扩展行为研究提供科学依据和理论基础。

蜂窝预制体孔径对WC/Fe复合材料中W扩散均匀性的影响

为探究蜂窝预制体孔径对WC/Fe复合材料中W扩散均匀性的影响,采用真空消失模铸渗(V-EPC)工艺制备不同孔径下的复合材料。检测W质量分数分布,发现预制体孔径较小或较大时W质量分数分布不均匀;而预制体孔径适中时W质量分数分布较均匀,其原孔壁与原孔心处W质量分数与硬度相差最小,复合层耐磨性最高。基于扩散动力学进行模拟,表明W扩散均匀性同时受扩散距离与扩散时间的影响。预制体孔径较小时,扩散距离虽短,但其孔内熔体凝固较快,扩散时间较短,不利于W扩散;预制体孔径较大时,其孔内熔体凝固虽慢,扩散时间较长,但扩散距离增长,仍不利于W扩散;预制体孔径适中时,因兼顾扩散距离与扩散时间,利于W扩散。W扩散均匀性较差时,预制体原孔心处W质量分数较小,硬度也较低,一定范围内降低复合层耐磨性。