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铁基表面复合材料的制备、形成机理及耐磨性研究

李凤春  
【摘要】:通过合理的成分设计和工艺参数的选择,采用铸造烧结法,在灰铸铁表面形成了一层3-6mm厚的复合材料层。 利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针以及X射线衍射仪,研究了表面复合层的基体组织组织结构;运用反应热力学、动力学和粉末烧结理论,结合差热分析实验结果,探讨了表面复合层压坯的烧结致密化机理和增强相的形成机理;同时,在干滑动摩擦磨损条件下,对表面复合层的耐磨性进行了研究。 研究结果表明:(1)表面复合材料层内增强相为高温反应原位生成的VC或TiC,其颗粒细小,分布较均匀,无明显梯度分布或偏聚现象。基体组织为马氏体+奥氏体,此外还含有(Cr_2Fe)_7C_3等增强相。(2)表面复合压坯的烧结形式是小液相量瞬时液相烧结,液相的出现会大大的加快高温化学反应和致密化过程的进行。烧结过程中颗粒重排阶段对致密化的作用最大,溶解和析出阶段次之,固相烧结阶段作用最小。(3)增强相的生成受液相反应的溶解-析出和固相反应的扩散-固溶两种机制作用,其中前者的作用尤为重要。增强相合成反应达到平衡后,进一步的保温将导致小颗粒溶解和大颗粒相应长大。(4)载荷为588N的干滑动摩擦磨损实验表明,Fe-TiC和Fe-VC表面复合材料的相对耐磨性分别是切诺基可淬硬铸铁凸轮轴材料的4.20倍和3.14倍。通过对磨痕的分析,初步阐述了其磨损机理,说明了其耐磨性提高的原因。


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