基于振动条件下高铬铸铁组织和性能的变化

高铬铸铁在凝固过程中,易形成粗大的初生碳化物,降低了材料的冲击韧性。通过在高铬铸铁凝固过程中外加机械振动处理,探究了振动工艺参数对碳化物形态、冲击韧性及耐磨性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜观察高铬铸铁显微组织的变化;利用X射线衍射和电子探针分析了物相组成。结果表明:与未经过振动处理的高铬铸铁相比,振动处理的高铬铸铁中M_(7)C_(3)型碳化物得到了细化,其冲击韧性较未处理高铬铸铁提高了16.36%;耐磨性提高了2.9倍。

原位自生NbC/H13钢复合材料抗磨损性能研究

H13钢作为盾构机刀圈材料,主要用于破碎坚硬岩石。在盾构机掘进过程中,刀圈的磨损是不可避免的,过度的磨损会导致掘进效率的降低,增加施工风险。为了提高H13钢的耐磨性,采用重力铸造原位自生的方法,制备了体积分数为1%、3%、5%的原位自生NbC/H13钢复合材料。采用金相显微镜、扫描电子显微镜对复合材料的物相组成与组织结构进行分析,使用冲击试验机、三体磨料磨损试验机对不同体积分数NbC/H13钢复合材料的冲击韧性、磨料磨损性能进行研究。结果表明,制备的复合材料组织致密,NbC增强相在基体中弥散分布。随着增强相体积分数提高,增强相的形态由网状逐渐向小棒状和颗粒状转变;复合材料的冲击韧性值随着增强相的体积分数提高逐渐下降,当NbC含量在5%(体积分数)时,冲击韧性到最小值6.5 J;三体磨料磨损结果表明,随着NbC体积分数的增加,有效减少磨料对钢基体的磨损,从而进一步提高了复合材料的耐磨性,与基体材料相比,耐磨性提高了2.1倍。

中性环境下高铬铸铁电化学腐蚀阳极溶解行为研究

面向长期在海洋大气环境下使用的高铬铸铁材料,其晶面取向不同的表面的腐蚀行为存在差异必然会引发微观腐蚀原电池及点蚀萌生。通过明确不同取向表面的腐蚀行为,调控特定取向表面的占比及组合,可有效减弱高铬铸铁材料的电偶腐蚀敏感性,延缓腐蚀速率。本文通过第一性原理建模,计算了Km TBCr26高铬铸铁中(100)、(110)和(111)3个晶面的腐蚀电位和腐蚀电流密度,获得了该牌号铸铁在NaCl中性环境下的电化学腐蚀阳极溶解反应极化曲线。结果表明,在理想表面的情况下,3个低指数表面中(100)面的腐蚀电位最高且腐蚀电流密度最低,分别为-0.5674 V和-7.8587 log(A/cm^(2)),表现出最优的耐蚀性。而表面空位和Cl吸附则会导致3个低指数表面腐蚀电流密度的计算结果增大,即阳极溶解速率加快,且略微降低了不同表面间溶解速率的差距;同时也会导致所有表面的腐蚀电位降低,略微缩小了不同表面间的电位差。

ZrO_(2)增韧Al_(2)O_(3)陶瓷颗粒对增强高铬铸铁基复合材料冲击磨料性能影响

传统的耐磨钢铁材料难以满足现代矿山装备对关键耐磨部件的需求,陶瓷颗粒增强钢铁基耐磨复合材料成为最具良好应用前景的耐磨材料之一。通过预烧结获得不同体积分数及不同颗粒大小的陶瓷预制体,结合铸渗法制备出氧化锆(ZrO_(2))增韧氧化铝(Al_(2)O_(3))陶瓷颗粒增强高铬铸铁(HCCI)基复合材料。结果表明:随着ZTA(ZrO_(2)增韧Al_(2)O_(3))颗粒体积分数(25%~45%)的增加,ZTA颗粒等效直径(1.7,1.2,0.4 mm)减小,复合材料抗冲击磨损性能随之提高,以颗粒体积分数为45%、等效粒径为0.4 mm时最佳。ZTA p/HCCI复合材料的主要磨损特征是磨损面发生微切削,其主要磨损机制是磨料磨损。

B_4C包覆ZTA颗粒增强铁基复合材料制备与性能

ZTA(ZrO_2增韧Al_2O_3)陶瓷颗粒表面包覆B_4C微粉,将其制备成蜂窝状结构陶瓷预制体。采用传统重力浇注工艺将陶瓷预制体与熔融的高铬铸铁(HCCI)金属溶液进行复合,获得ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料。对复合材料中ZTA陶瓷颗粒增强相与高铬铸铁基体之间的界面及复合材料的耐磨料磨损性能进行了研究。结果表明,ZTA陶瓷颗粒与高铬铸铁界面结合处形成了明显的过渡区域,界面过渡区域的存在提高了陶瓷颗粒与金属基体的结合,从而提升了复合材料的整体稳定性能。同时,三体磨料磨损试验表明该复合材料的耐磨料磨损性能是高铬铸铁的3.5倍左右。

热处理对高铬铸铁基蜂窝陶瓷复合材料耐磨性的影响

通过传统重力浇注工艺,用高铬铸铁金属溶液铸渗ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷颗粒蜂窝状预制体,从而获得高铬铸铁基蜂窝陶瓷复合材料。将复合材料在930℃、980℃、1 030℃、1 080℃温度下淬火,并分别在230℃、330℃、430℃、530℃时回火,研究了热处理条件对高铬铸铁基蜂窝陶瓷复合材料组织及三体磨料磨损性能的影响。研究结果表明:在相同回火温度条件下,随着淬火温度的升高,复合材料硬度升高,其耐磨性也随之升高;在相同淬火温度条件下,随着回火温度的升高,材料的硬度及耐磨性能也随之升高,两者达到一定温度后其硬度及耐磨性都下降,材料耐磨性与材料的硬度变化趋势一致。最终得到复合材料的最佳热处理工艺为:1 030℃×2h,空冷+530℃×0.5h。

蜂窝壁厚对ZTA_(p)/高锰钢构型复合材料强度的影响

ZTA陶瓷颗粒在粘结剂作用下形成具有蜂窝柱和蜂窝壁结构陶瓷预制体,与熔融的高锰钢金属液复合后获得ZTAp/高锰钢构型复合材料。研究控制蜂窝结构中蜂窝柱参数不变,调节蜂窝壁尺寸大小,获得蜂窝柱/蜂窝壁不同比值的复合材料。通过测定复合材料抗压强度及屈服强度指标,得到复合材料蜂窝柱与蜂窝壁的最佳比值,为复合材料结构设计提供参考。

离心铸造复合辊材料及技术研究进展

近年来,低成本、长寿命、高生产效率是复合辊技术的主要发展方向。列举了一些典型的离心铸造复合辊的工业部件,如双金属复合轧辊、磨辊辊环,并对国内外不同工艺、不同材料的辊环性能进行对比,发现离心铸造复合辊性能优良、寿命高,在水泥、矿山行业中得到广泛使用。综述了复合辊的材料选择以及技术发展,指出采用球墨铸铁、高铬铸铁、高锰钢、高速钢等多种材料复合的方式可以提高不同工况下工件的使用寿命,降低成本。总结了冷却速率、浇注温度、离心转速、浇注时间等工艺参数对离心铸造颗粒增强金属基陶瓷复合辊组织和性能的影响。最后,提出了目前离心铸造复合辊存在的主要问题及可能的发展方向。

基于ProCAST的ZTAp/高铬铸铁基复合材料应力场模拟

采用ProCAST仿真软件对ZTAp/高铬铸铁基复合材料在浇注温度为1 350、1 450、1 550、1 650℃,浇注速度为3.0、3.5、4.0 kg/s下进行应力场模拟,并通过试验对模拟结果进行验证。结果表明,在砂型重力铸造下,不同的浇注速度和浇注温度的蜂窝预制体所受到的应力分布是不一样的,在浇注速度为3.5 kg/s、浇注温度为1 550℃时的预制体的受力较为均匀,在复合材料中复合效果较好,并且能够保证预制体在复合过程中有良好的结构完整度。

ZTA_(P)/HCCI复合材料热处理条件下的界面残余热应力

基于ANSYS有限元模拟,采用随机分布,建立了不同体积分数(10%、15%、20%、30%)、不同界面过渡区厚度(0、10、20、50和100μm)的ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料模型。结合实验,研究了不同复合材料热处理后的残余应力分布。结果表明:复合材料界面过渡区域的存在能够降低界面残余热应力。随着界面过渡区尺寸的增加,残余热应力呈现先增大后减小的趋势。颗粒体积分数低时,界面过渡区对复合材料残余热应力影响作用大;颗粒体积分数高时,ZTA颗粒对复合残余应力起主要影响作用。