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B和Mo对钢结硬质合金覆层材料影响的研究

赵正  
【摘要】: 本论文将钢结硬质合金的优异性能赋予钢基体表面,获得了具有高硬度、高耐磨性与高耐腐蚀性能且界面结合优异的钢结硬质合金覆层材料。研究了B和Mo的掺入对钢结硬质合金覆层烧结温度、力学性能、物相组成以及微观结构的影响,并将其应用于机械零件表面改性,获得了较好的效果。 本研究在钢基体表面制备了M、3B、4B、5B、3BMo五类钢结硬质合金覆层材料。确定了硬质相和粘结相的体积分数,B、Mo等合金组分添加量以及粘结剂PVB的添加量。 确定了制备钢结硬质合金覆层材料的工艺流程,主要包括成形料浆的制备工艺、钢基体的处理、覆层坯体的成形工艺与覆层材料的烧结工艺等四大部分。 确定了覆层材料的烧结工艺制度。烧结真空度为1.0×10-2~1.0×10-3Pa;烧结温度制度为:以10℃/min从室温加热至400℃保温30min,继续以10℃/min加热至1000℃保温30min,然后以5℃/min的速度升温至最高烧结温度保温30min,再随炉自然冷却。 通过烧结实验确定了各体系覆层材料的烧结温度,并分析了B和Mo的添加对覆层材料烧结温度的影响。结果表明,B添加后,有效的降低了覆层材料的烧结温度,3B覆层材料的烧结温度相比M覆层材料的烧结温度降低50℃。随着B质量分数的增加,烧结温度有所提高。在3B覆层配料基础上添加Mo,覆层材料的烧结温度相对Mo添加前升高25℃。 研究了钢结硬质合金覆层材料的硬度、弯曲强度等力学性能,分析了B和Mo的添加对覆层材料力学性能的影响。结果表明,B添加后,覆层材料无论是洛氏硬度还是维氏硬度都有所提高,洛氏硬度可提高2HRA,维氏硬度提高28.38 Kgf/mm2。随着B质量分数的增加,覆层硬度进一步提高。在3B覆层配料基础上添加Mo后,3BMo覆层的洛氏硬度相对3B覆层提高1.4HRA,维氏硬度提高17.67Kgf/mm2。覆层受压应力或受张应力时,B的加入均降低了覆层材料弯曲强度,但随B含量的增加而降低。无论覆层受压应力还是受张应力,添加Mo的3BMo覆层材料的弯曲强度相对Mo未添加的3B覆层材料的弯曲强度有所提高,覆层受压应力时提高237.47 MPa,覆层受压应力时提高237.10MPa。 采用干摩擦磨损与冲蚀磨损两种方式研究了钢结硬质合金覆层材料的摩擦磨损性能。结果表明,与M覆层材料比较,添加B和Mo后的覆层材料的耐磨性均有不同程度的提高。研究了覆层材料的耐腐蚀性能,结果表明,钢结硬质合金覆层具有比钢基体更优越的耐腐蚀性能。 研究了钢结硬质合金覆层材料中的物相组成、硬质相与粘结相的分布状态以及覆层与基体的界面结合特征。分析了覆层材料扩散界面区域的范围,并通过线扫描照片结合覆层/钢基体结合界面显微硬度的测试分析了界面过渡区的形成机理。B和Mo添加后有Fe2B和Mo2FeB2等新相生成。B的添加使覆层和钢基体之间形成了具有冶金镶嵌结构的过渡层。 初步将钢结硬质合金覆层复合于易磨易蚀的机械零件表面,成功制备了部分钢结硬质合金覆层零件。试验证明,覆层处理大大延长了覆层零件的使用寿命。


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