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《哈尔滨理工大学》 2003年
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原位TiC_p/Fe复合材料的制备工艺优化及二次加工

章德铭  
【摘要】: 采用反应铸造的方法,利用感应加热、坩锅熔炼及使用覆盖剂保护,制备 原位TiC_p/Fe复合材料。利用光学显微镜、XRD、SEM等测试手段对复合材料 的微观组织和相结构进行了分析和研究。对复合材料的制备工艺及工艺参数进 行了系统的试验;在优化工艺的基础上,初步探讨了TiC颗粒在Fe-Ti-C熔体中 的形成机制;对TiC_p/Fe复合材料在不同热处理工艺下的基体组织与性能进行了 比较分析;对复合材料的机加性能和可焊性进行了试验研究。 通过正交试验设计,摸索出了熔炼制备原位TiC_p/Fe复合材料的优选工艺 方案为:w_C=2.8%,w_(Si)=1.0%,w_(Ti)=8.0%,反应温度为1650℃,保温10min。 得到复合材料性能:HRC为46.8,α_k为14.25J·cm~(-2);铸态组织为:在珠光体 基体上,均匀分布着大量细小弥散的TiC颗粒。 根据热力学及动力学分析,认为在碳颗粒界面处TiC的形核率很高,形核 驱动力足以在正常的熔炼温度下形成众多的小晶核;熔体中TiC颗粒的合成可 分为形核与长大两个阶段,其形核机制为:首先活性Ti原子包围C,溶入合金 中的Ti与C在碳表面形成一复杂反应中间层,随着反应进行,Ti和C颗粒不 断减少,生成的TiC不断弥散分布于熔体中;其长大过程伴随着TiC颗粒的相 互堆砌、聚集和形态规则化。 通过不同的热处理工艺可明显改变原位TiC_p/Fe复合材料的基体组织,但不 改变TiC增强相的形态、尺寸及数量。退火处理使材料的硬度降低,韧性提高, 便于机械加工;淬火+低温回火处理使材料的强度和硬度提高,而韧性无明显的 降低;采用等温淬火工艺,可使TiC_p/Fe复合材料具有最好的综合机械性能。 在本试验条件下,原位TiC_p/Fe复合材料切削加工时的切削力与45~#钢相比 要大60N,切削温度要高90℃,加工表面粗糙度与45~#钢相近;TiC陶瓷颗粒使 原位TiC_p/Fe复合材料切削加工时的切削力增大、切削温度增高,对加工表面粗 糙度影响不大;原位TiC_p/Fe复合材料的可加工性与45~#钢相当。 原位TiC_p/Fe复合材料采用不同焊接工艺和焊接方法所得的焊缝组织有所 差别,但焊缝处的组织均匀,没有裂纹等焊接缺陷产生,可焊性较好;焊缝处 的TiC增强颗粒仍保持铸态组织中TiC增强颗粒的形态。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TB331

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