WC_P/Fe-C复合材料的界面反应和基体合金化研究

利用离心铸造成型碳化钨颗粒 (WCP)增强 Fe- C基体合金的复合结构空心圆柱体 ,采用宏观测量、X射线衍射分析和扫描电镜 (SEM)与能谱 (EDS)的微观分析 ,对 WCP/ Fe- C界面反应和基体合金化研究。结果表明 ,在转速80 0～ 1 2 0 0 r/ min离心铸造机上获得了外径 1 67mm,内径 87mm,高 67mm的空心圆柱体 ,其表面层为 1 6～ 2 0 mm大断面 WCP/ Fe- C复合材料 ,芯部为 Fe- C基体合金。铸造碳化钨颗粒 (CTCP)的表面被高温 Fe- C基体合金熔融体部分溶解 ,甚至解体 ;原位 (in- situ)自生成细小短棒状 WC和 W2 C先共晶析出相 ;远离 CTCP,分布游离的细小颗粒状和网状 WC、W2 C、Fe3W3C- Fe4 W2 C、Cr7C3和 Fe3C碳化物。由于 CTCP部分溶解和扩散作用 ,复合结构空心圆柱体的 Fe- C合金基体被不同程度合金化。

离心铸造WC_p/Fe-C复合材料及其应用研究

通过扫描电镜、电子能谱分析,研究了离心铸造复合材料辊环的机械性能,微观组织及其应用。结果表明:在离心铸造条件下制备的WCp/Fe C复合材料辊环,其复合材料工作层的硬度达到HRA80～85,接近了粉末冶金辊环的硬度(HRA81～88),复合材料工作层和芯部贝氏体基体的冲击韧性ak值分别达到5.4和14.8J/cm2。高于粉末冶金辊环的韧性(1.6～3.0J/cm2)。辊环复合材料工作层中增强颗粒的体积分数和复合材料工作层厚度均受离心转速和浇注温度影响。在离心转速>1200r/min、浇注温度>1500℃时,可制备复合材料工作层厚度18～24mm、WCp体积分数80%、界面结合良好没有微观和宏观裂纹缺陷的复合材料辊环。

Fe-C自生复合材料的设计、制备及力学性能研究

通过单向凝固法设计、制备了Fe-C自生复合材料,并测定了其纵向力学性能随凝固速度的变化规律。当凝固速度V=2.0 μm/s,温度梯度G_L=110 K/cm时,力学性能为最高,抗拉强度达412MPa,延伸率为4.2%。

颗粒增强Fe-C功能复合材料的现状及展望

综合分析了颗粒增强Fe-C功能复合材料研究领域的现状,介绍了颗粒增强Fe-C功能复合材料的最新制备技术,并对它的研究发展做了展望.

不同应力比下Cu/WCp复合材料疲劳裂纹扩展行为及影响机制分析

通过粉末冶金工艺制备了一种高压电触头用Cu/WCp颗粒增强复合材料。研究了不同应力比下Cu/WCp颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展行为,并结合裂纹闭合模型和两参数驱动力模型分析了应力比对Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率的影响机制。研究结果表明:随着应力比R的增大裂纹扩展速率增大,尤其在近门槛值附近裂纹扩展速率差别最明显。裂纹闭合模型和两参数驱动力模型均可以较好地将不同应力比R下(da/d N-ΔK)关系曲线关联起来,且两参数驱动力模型的相关性更好。这说明导致不同应力比R下Cu/WCp颗粒增强复合材料疲劳裂纹扩展速率差异的原因主要是Kmax引起裂纹尖端单调损伤,其次是裂纹闭合效应。根据SEM断口分析发现高应力比的断面较低应力比的粗糙,低应力比时断口以基体撕裂为主而高应力比时以颗粒基体脱粘为主。

Fe-C自生复合材料中石墨晶体取向的测定

众所周知,石墨的晶体结构为六方,在基面(0001)上的原子以强键共价键结合,而两个基面间的原子结合力则为脆弱的Van der Waals力,因此,单晶石墨的力学性能是强各向异性的。在Fe-C自生复合材料中,几何形态上定向且平行排列的石墨片的强度与其晶体取向有关。本文采用单向凝固法,使石墨片的宏观形态沿纵向平行排列,即制成自生复合材料,然后,用扫描电镜和X射线衍射仪具体测定石墨片的晶体取向,为改善力学性能提供依据.

颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和扩展行为的影响

通过原位扫描电子显微镜(SEM)研究了粉末冶金制备的Cu/WCp复合材料的疲劳裂纹萌生和扩展行为,分析了颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和早期扩展行为的影响。结果表明:疲劳微裂纹萌生于WCp颗粒和基体Cu的界面;微裂纹之间相互连接并形成主裂纹,当主裂纹和颗粒相遇时裂纹沿着颗粒界面扩展。在低应力强度因子幅ΔK区域疲劳小裂纹具有明显的"异常现象",并占据了全寿命的71%左右。疲劳小裂纹的早期扩展阶段易受局部微观结构和颗粒WCp的影响,扩展速率波动性较大,随机性较强;当小裂纹长度超过150μm时,裂纹扩展加快直至试样快速断裂。裂纹偏折、分叉和塑性尾迹降低了疲劳裂纹扩展速率,而颗粒界面脱粘则提高了复合材料的疲劳裂纹扩展速率。通过数值模拟也可以发现颗粒脱粘增大了材料的疲劳扩展驱动力,从而提高了疲劳裂纹扩展速率。

WC颗粒增强铁基复合材料的性能研究

通过离心法制备了外径290mm,内径130mm,高72mm,WCp/Fe-C复合材料工作层厚度25～30mm的厚壁环形试样.通过光镜、扫描电镜和性能试验设备研究了两种不同WCp体积分数WCp/Fe-C复合材料的力学性能、耐磨损性能和抗热疲劳性能,并与硬质合金和高铬铸铁进行比较.结果表明WCp体积分数在80%和65%左右的两种WCp/Fe-C复合材料,其抗拉强度达到了320和348MPa,冲击韧性均＞4J/cm2,硬度为HRC63.5和HRC61.5.20和40N载荷下的耐磨性分别达到208.33、90.91和127.06、57.14,抗热疲劳性能优良.与硬质合金和高铬铸铁相比,WCp/Fe-C复合材料的冲击韧性、抗热疲劳性能以及20和40N载荷下的耐磨性均有大幅度提高.

离心法制备复合材料环的组织和性能

通过离心铸造法制备了外加WC颗粒增强铁基复合材料环,研究了复合材料环表面工作层内WC颗粒分布、界面结构、基体组织和力学性能以及高速磨损性能。结果表明:采用离心铸造法制备的外加WC颗粒增强铁基复合材料环是由外部WCP/Fe-C工作层和芯部Fe-C合金层组成的复合结构,其复合材料工作层厚度约30 mm,复合材料层中WCP分布均匀,体积分数约80%,复合层硬度80～85 HRA,芯部基体组织为贝氏体、石墨和少量复合碳化物,芯部基体硬度为73～76 HRA,冲击韧性大于10J/cm2,复合材料磨损率远低于高速钢,与WC硬质合金相当。

WC_P/钢基复合材料及复合轧辊的研究进展

综述了轧辊材料的发展状况以及轧辊的失效形式,重点阐述了WCP/钢基复合材料及其复合轧辊的制备工艺,指出了制备WCP/钢基复合材料工艺中存在的问题和解决办法,并在此基础上探讨了提高WCP/钢基复合轧辊质量的措施和途径。

WC_p含量对粉末冶金Cu/WC_p复合材料疲劳裂纹扩展行为的影响

通过粉末冶金热压烧结法制备高压电触头Cu/WC_p颗粒增强复合材料,研究WC_p颗粒含量(15%和3%,体积分数,下同)对Cu/WC_p复合材料的疲劳裂纹扩展行为的影响,并结合SEM进行断口分析;利用原位SEM疲劳裂纹观测系统原位观察微裂纹萌生,分析颗粒对裂纹扩展路径的影响机制。结果表明:在相同应力强度因子幅(△K)下WC_p含量为15%的Cu/WC_p的疲劳裂纹扩展速率大于WC_p含量为3%的复合材料;颗粒含量的增加并没有提高复合材料的裂纹扩展门槛值△K_(th),这主要是因为颗粒和基体的界面属于弱界面;在疲劳过程中颗粒脱粘形成裂纹源,不同脱牯微裂纹连接长大形成主裂纹是Cu/WC_p颗粒增强复合材料的疲劳损伤形式;当主裂纹尖端和颗粒WC_p相互作用时裂纹基本沿着颗粒界面往前扩展;复合材料的断裂模式从WC_p低含量3%时的颗粒脱粘-裂纹在基体里穿晶断裂,过渡为WC_p高含量15%时颗粒脱粘-基体被撕裂为主。

WCp/(Co+Cr)复合材料涂层的组织及耐磨性能

采用AC-HVAF活性燃烧高速燃气喷涂设备在Q235钢表面喷涂WCp/(Co+Cr)复合材料涂层,应用光学金相显微镜分析涂层的显微组织,应用扫描电镜分析涂层断口形貌。结果表明,WCp/(Co+Cr)复合材料涂层组织致密均匀;涂层具有良好的耐磨性,其相对耐磨性比淬火回火态中碳45钢提高40倍。

WC_p/高锰钢基复合材料及复合结构的冲击磨损性能

采用挤压铸造法制备出WC_p/高锰钢基复合材料和复合材料-钢复合结构,研究复合材料和复合结构的冲击磨料磨损性能。在复合结构的WC预制体中及周围添加还原Fe粉,以控制复合结构中复合材料-钢的界面结构。结果表明:复合结构中复合材料-钢的界面在还原Fe粉吸热熔化的作用下,并没有出现复合材料中WC的熔解和形成过渡层的现象。复合材料磨损表面发生材料的崩落,耐磨性低于高锰钢,而复合结构耐磨性比高锰钢提高了1.34倍。通过对磨损形貌及组织的分析,讨论了复合材料崩落的原因及复合结构对冲击磨料磨损改善的机理。

控制P_(max)不变条件下Cu/WC_P复合材料疲劳裂纹扩展行为的研究

通过粉末冶金热压烧结制备不同碳化钨(WC_P)含量(3vol%、9%和15vol%)的Cu/WC_P颗粒增强复合材料。控制P_(max)保持不变的条件下,研究了应力比(R=0.1、0.3和0.5)对Cu/WC_P颗粒增强复合材料裂纹扩展速率的影响。结果表明:随着应力比R的增加,Cu/WC_P颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展速率da/dN逐步降低,疲劳寿命逐步增加。随着应力比R的增大,疲劳裂纹断口的塑性断裂越来越明显,裂纹尖端钝化越显著,且粗糙程度和二次裂纹数量增加。

WC_P/Fe-C复合材料和碳钢焊接组织的扫描电镜分析

在“八五”、“九五”期间,我国冶金工业迅速发展,冶金设备如线材棒材轧机,向着高速化发展,高速线材轧机轧速从65m/s提高到100m/s。

Fe-C合金表面激光熔覆制备颗粒增强复合材料层的研究

在Ｃ－Ｓｉ－Ｂ激光合金化和Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ－Ｂ激光熔覆的基础上，通过往熔覆粉末中加入适量钛粉和ＷＣ陶瓷，在钢和铸铁表面均获得了组织均匀、细化、无缺陷的颗粒增强复合材料层。这种熔覆层具有优异的耐磨性。

新型高强度易加工Cu-FeC复合材料的变形行为

采用真空感应熔炼和快速凝固技术制备了界面复合良好,组织性能优异的新型Cu-FeC复合材料,并通过OM、SEM、TEM、XRD以及力学性能测试分别对熔铸态、奥氏体化后的淬火态及其冷轧态复合材料的组织和变形行为进行了研究。结果表明,熔铸态材料内共存有γ-Fe、α-Fe和马氏体相,而经820℃,4 min奥氏体化和淬火处理后,基体内初生Fe-C相可转化为马氏体相,同时析出大量纳米级γ-Fe相粒子;前者在冷轧过程中表现出较好的协调变形性能,而后者会在粗大Fe-C马氏体相内部或附近产生微裂纹;不过两者冷轧变形后的强度均能获得大幅提升,最高抗拉强度达515 MPa,而延伸率又明显高于已报道具有类似强度陶瓷粒子强化铜基复合材料的延伸率,且拉伸过程均表现出明显的塑性变形特征;此外,本研究根据复合材料组织演化规律提出了相应的组织演化模型图。

WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织及压缩性能的影响

为研究WC体积分数对WC_p/Fe复合材料组织、界面及压缩性能的影响,采用粉末烧结法制备了不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料。结果表明:在不同WC体积分数的WC_p/Fe复合材料中,WC颗粒发生了不同程度的溶解,其与基体间均呈冶金结合。随着WC体积分数的增加,WC_p/Fe复合材料的界面等效宽度呈现递减趋势,当WC体积分数为50%时,界面等效宽度最小,为39.8μm;复合材料的压缩强度呈先增大后减小趋势,当WC体积分数达到45%时,压缩强度达到最大值;复合材料的断裂方式由准解理断裂逐渐转向纯解理断裂,当WC体积分数达到50%时,WC_p/Fe复合材料的断裂方式为纯解理断裂。

重熔温度对WC_P/Fe复合材料界面特征及压缩断裂机制的影响

为研究重熔温度对WC_P/Fe复合材料界面特征及力学性能的影响,采用粉末烧结法制备了WC_P/Fe复合材料,然后对其进行界面重熔,为颗粒增强金属基复合材料的界面组织设计及其工程应用提供理论指导。结果表明:随着重熔温度的升高,颗粒中WC发生相变生成W_2C;W_2C与Fe可在固态条件下发生反应生成界面相Fe3W3C,且界面反应区宽度呈增大趋势,界面形态由间断状变成连续环状再到锯齿状;WC_P/Fe复合材料的压缩强度先升高后下降,当重熔温度为1 300℃时,界面宽度为13.5μm,界面形态呈完整连续环状,WC_P/Fe复合材料内部压缩裂纹不易萌生与扩展,其压缩强度达到最大值,为386MPa。