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抗冲击碳化硅基复合材料的制备与力学性能研究

刘磊  
【摘要】:钢锭立料翻转机构是钢铁企业中一种重要设备。因为从高温炉出来的钢锭坯料具有很高的温度,所以传统的翻转机构都会设置水冷装置,用来保证设备不会因高温而失去工作能力。但这样会使设备庞大、复杂和制造成本高。为了解决这个问题,翻转机构的钢锭支撑系统就必须具有耐高温、高韧性的特性。所以具有耐高温、高强度和高韧性材料的制备和力学性能研究成为研究的重点。 通过行星式球磨机完成烧结材料的混粉工艺,用X射线衍射仪对混合好的烧结材料进行物相定性分析。在温度为1600℃,压力为45MPa的条件下,应用放电等离子烧结设备制备出用钨丝增韧碳化硅复合材料的试样。 以高温稳定性好、颗粒直径0.3m~0.4m的-SiC材料为基础,氧化铝和氧化钇作为粘结剂,直径为200m的纯钨丝作为增韧材料。通过放电等离子烧结技术制备出来的钨丝增韧碳化硅基复合材料不仅具有很高的致密度,还具有很高的高温稳定性和韧性。所以它可以用来作为无水冷装置的翻转机构支撑块材料。 通过扫描电子显微镜对试样的表面形貌和微观组织进行观察分析;运用电子万能试验机对试样进行常温准静态压缩性能试验,得到常温下试样的应力与应变变化曲线,从而得到常温下的屈服强度和弹性模量等参数;通过分离式霍普金森压杆实验测试试样受到冲击载荷时的性能;通过高温动态压缩性能试验,得到高温下的弹性模、切线模量和屈服强度量等参数。 运用ANSYS分别对钨丝增韧碳化硅复合材料的支撑块进行常温和高温下的静力分析;运用ANSYS/LS-DYNA,对在高温环境下下钢锭冲击支撑块状态进行模拟分析。 将实验数据与ANSYS模拟得到的数据进行对比分析,确定钨丝增韧碳化硅复合材料的支撑块可以在高温下应用。


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