收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

(Ti,V)C/Fe的原位合成及机械性能研究

王静  
【摘要】: 磨损、腐蚀和断裂是材料失效的三种主要形式。其中由摩擦导致的磨损失效是材料失效的主要原因,约有70%~80%的设备损坏是由于各种形式的磨损而引起的。英、美等国近年来对各自国家摩擦学情况调查结果表明:由于材料磨损失效形式所造成的损失估计每年都在上千亿美元;改善润滑、降低磨损可能带来的经济效益约占各国国民生产总值的2%以上。此外,现代工业的高速发展迫切需要在高温、高速、耐磨损条件下的结构件,如发动机的凸轮轴、挺杆、气门阀座、高速轧机的轧环、导向轮和轧辊等,现有的钢铁材料及其合金越来越难以满足需要。因此,研制新的耐磨材料并对其摩擦磨损行为进行系统的研究具有重要的经济价值和实用价值。 颗粒增强钢铁基复合材料因其特有的高比强度、高比模量、耐磨等优异的综合性能成为近年来新材料开发的热点。对于颗粒增强钢铁基复合材料,多数的工作都集中在TiC颗粒增强钢铁基复合材料上。目前制备TiC颗粒增强钢铁基复合材料的方法主要有:粉末冶金法和原位反应合成法,在原位反应合成法中以铸造法和高温自蔓延合成法(SHS)居多,但它们都有各自的局限性。而采用粉末冶金原位合成法不但可以解决铸造法因增强相体积分数增加及增强相与铁基体的密度差异而导致的铸造缺陷以及SHS的致密化问题,而且克服了粉末冶金法存在的增强体与基体之间结合不良的问题。 四川攀西地区有非常丰富的钒钛磁铁矿,Ti和V属于同一周期的过渡金属,原子序数仅相差1,它们所形成的碳化物皆具有高熔点、高硬度和高的化学稳定性,且VC与Fe的相溶性好,因此VC可作为钢铁基复合材料的理想增强体。但国内外对VC/Fe复合材料的研究相对较少。对(Ti,V)C/Fe复合材料的研究尚未见有报道。因此,在(Ti,V)C增强钢铁基复合材料方面开展研究工作,具有创新性,不但对拓宽钢铁基复合材料的研究和应用具有重要的科学意义,而且对发展四川经济有十分重要的意义。 本文采用粉末冶金原位合成法制备了(Ti,V)C颗粒增强钢铁基复合材料,借助X射线衍射(xRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差热分析(Dsc)等测试手段,对Fe-Ti-V-C体系的反应动力学过程,对(Ti,V)C/Fe基复合材料的烧结致密化、微观组织、力学性能及摩擦磨损行为进行了系统深入的研究。 利用热分析(DSC)和X射线衍射(XRD)研究了Fe-Ti-V-C体系的反应动力学过程。首先,在765.7℃发生Fe的同素异构转变,即α-Fe→γ-Fe;以及钒的碳化反应FeV+C→VC+Fe;其次在1058.5℃,Ti与Fe共熔而形成低共熔体Fe_2Ti;在1140.4℃,C与Fe_2Ti反应生成TiC;最后,随着温度的继续升高,TiC和VC形成了(Ti,V)C固溶体。 (Ti,V)C/Fe基复合材料的烧结致密化研究表明:对于V/Ti原子比为0、0.1、0.2的复合材料,其最佳的烧结温度为1420℃;对于V/Ti原子比为0.4、0.6、0.8、1.0的复合材料,其最佳的烧结温度为1400℃。在最佳烧结温度,复合材料的相对密度都超过了98%。 利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了(Ti,V)C/Fe基复合材料的微观组织。结果表明:原位生成的(Ti,V)C颗粒细小,在珠光体基体上均匀分布,而且(Ti,V)C颗粒和珠光体界面结合良好。随着V/Ti原子比的增加,硬质相颗粒的形态由不规则状逐渐趋于球状;硬质相颗粒的尺寸先随着V/Ti原子比的增加而减小,当V/Ti原子比大于0.2,随着V/Ti原子比的增加,硬质相颗粒尺寸增大。 利用电子万能试验机对(Ti,V)C/Fe基复合材料的抗弯强度进行了测量,实验结果表明:(Ti,V)C/Fe基复合材料的抗弯强度随着V/Ti原子比的增加而升高,当V/Ti原子比等于0.2时,达到最大值,然后又有所下降。对于V/Ti原子比为0、0.1、0.2的复合材料,碳化物的体积分数基本相同,当碳化物的体积分数一定时,随着碳化物颗粒平均粒度的减小,抗弯强度增大。与V/Ti原子比为0的复合材料相比,V/Ti原子比为0.1、0.2复合材料的硬质相(Ti,V)C颗粒尺寸显著减小,因此其抗弯强度高于V/Ti原子比为0的复合材料。同时V/Ti原子比等于0.2的复合材料比V/Ti原子比等于0.1的复合材料抗弯强度高,这是由于随着钒含量的增加,前者的(Ti,V)C颗粒形态比后者更加趋于球形,而球形的(Ti,V)C颗粒可以避免基体产生应力集中和塑性变形。对于V/Ti原子比为0.4、0.6、0.8、1.0的复合材料,随着钒含量的增加,一方面,(Ti,V)C体积分数减少;另一方面,(Ti,V)C颗粒的平均粒度增加;因此抗弯强度逐渐下降。 运用M-200型摩丰擦磨损试验机对(Ti,V)C/Fe基复合材料干摩擦条件下进行了磨料磨损实验,实验结果表明:(Ti,V)C/Fe基复合材料(淬火+低温回火)具有良好的耐磨性能,明显优于高铬铸铁(亚临界处理)。磨损表面形貌分析表明:(Ti,V)C/Fe基复合材料在磨料磨损工况下主要的磨损机理为微区破裂和显微犁削,这两种机制共同作用导致材料与磨料相对运动过程中发生材料的流失。对于该种复合材料,(Ti,V)C颗粒会降低磨料刺入马氏体基体的深度并阻止其进一步的犁削作用,从而使复合材料的耐磨性得以提高。同时V/Ti原子比对复合材料的耐磨性能有很大的影响:当V/Ti原子比为0时,硬质相TiC颗粒尺寸较大,TiC颗粒的间距也较大,因此磨料在载荷的作用下能够顺利地刺入TiC颗粒间软的马氏体基体中,并犁削较长的距离,从而使磨损表面上留下较多宽而深的犁沟。 与V/Ti原子比为0的复合材料相比,V/Ti原子比为0.1、0.2的复合材料,其硬质相(Ti,V)C颗粒尺寸显著减小,(Ti,V)C颗粒的间距也减小。磨料在载荷的作用下难以刺入软的马氏体基体内,即使能刺入,其刺入深度及随之而引起的塑性变形也较浅小。复合材料的磨损表面较为光滑,犁沟较短且浅而窄,耐磨性较好。此外,V/Ti原子比等于0.2的复合材料具有更高的密度并且硬质相(Ti,V)C颗粒的形态更加趋于球形,它的耐磨性要优于V/Ti原子比为0.1的复合材料。当V/Ti原子比大于0.2时,随着钒含量的增加,一方面硬质相(Ti,V)C颗粒尺寸增大;另一方面硬质相(Ti,V)C的体积分数减小。造成(Ti,V)C颗粒的间距增大,从而使(Ti,V)C颗粒阻碍磨料犁削的作用有所减弱,磨料对马氏体基体的犁削作用加剧,导致磨损程度加剧,表现为耐磨性能的下降。当V/Ti原子比等于0.2时,(Ti,V)C/Fe基复合材料的耐磨性最佳。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 朱晓光,王为民,张金咏;原位反应合成双相陶瓷增强铜基复合材料[J];武汉理工大学学报;2005年11期
2 潘海波;;酞菁敏化TiO_2原位合成、光物理化学性质与可见光光催化[J];功能材料信息;2007年05期
3 崔国明;吴金杰;原红玲;李兴霞;曾建民;;混合盐反应法制备TiB_(2p)/Al-10Sn复合材料[J];机械工程材料;2008年11期
4 于景坤,刘承军,姜茂发;原位合成莫来石碳化硅系复合材料[J];东北大学学报(自然科学版);2002年11期
5 吴玉萍,彭竹琴,林萍华;等离子原位合成TiC颗粒增强Ni基复合涂层[J];材料科学与工艺;2004年04期
6 汪黎,孙扬善,樊泉,薛烽,段志超;原位合成TiC增强420不锈钢的力学性能和抗磨损性能(英文)[J];Journal of Southeast University;2004年04期
7 吕臣敬,王芬,张希清;原位合成Al_2O_3/Ti-Al复合材料的研究[J];宇航材料工艺;2005年04期
8 肖鹏;欧忠文;张云怀;徐滨士;丁培道;;非水纳米分散系的冷冻蚀刻电镜表征及与激光散射法的对比研究[J];分析测试学报;2006年03期
9 吕志强;汤爱涛;潘复生;王健;王雨;;原位合成TiCp/Fe复合材料的研究现状与展望[J];材料导报;2006年S2期
10 卢志华;孙康宁;任帅;李轩琦;;多壁碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的制备与表征(英文)[J];硅酸盐学报;2007年06期
11 胡书春;张宏敏;;磁性改性四针状氧化锌晶须的制备及其表征[J];材料科学与工程学报;2008年03期
12 颜建辉;杨艳;张厚安;;自蔓延原位合成TiC/MoSi_2复合材料及其力学性能[J];机械工程材料;2008年10期
13 兰晔峰;张保林;王国斌;;(TiB_2+Al_2O_3)增强铝基复合材料的组织分析与硬度测试[J];兰州理工大学学报;2009年04期
14 李悦彤;房明浩;徐友果;唐潮;刘艳改;黄朝晖;;锆英石原位合成氧化锆——莫来石复相材料的研究[J];中国非金属矿工业导刊;2011年01期
15 刘浩哲,姚斌,王鲁红,王爱民,丁炳哲,胡壮麒;高温高压对Ti基复合材料中原位合成TiC增强颗粒尺寸的影响[J];稀有金属材料与工程;1996年05期
16 张修庆,朱心昆,赵昆渝,颜丙勇,何上明,魏坤霞,段云彪;原位合成Cu-TiC复合粉末[J];云南大学学报(自然科学版);2002年S1期
17 ;在堇青石块状蜂窝陶瓷载体上原位合成分子筛的方法[J];中国建材;2004年08期
18 郑举功;溶胶玻璃原位合成碳纳米管的研究[J];纳米技术与精密工程;2004年04期
19 毕玉保;徐利华;王体壮;;利用长江泥沙原位合成O′-SiAlON/SiC材料的研究[J];云南大学学报(自然科学版);2005年S3期
20 吴一;邹正光;尹传强;李晓敏;周浪;;钛铁矿碳热反应原位合成GT35钢结硬质合金的热力学分析[J];材料工程;2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡清勋;刘欣梅;杨贵东;乔柯;王有和;阎子峰;;高岭土微球原位晶化合成复合催化材料的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
2 陈松;方向晨;刘利军;张晓萍;;原位合成改性八面沸石及其加氢裂化性能[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
3 芦凤桂;鲁斌峰;唐新华;姚舜;;真空电子束原位合成耐磨层制备技术[A];2006全国荷电粒子源、粒子束学术会议论文集[C];2006年
4 项林君;巩雁军;窦涛;;原位合成高W载量硅基介孔材料[A];第七届全国催化剂制备科学与技术研讨会论文集[C];2009年
5 高强;田爱香;赵丹;王秀丽;;Keggin型多酸基化合物[Cu(Pz)_4(H_2O)_2]_2[SiW_(12)O_(40)]·2H_2O的原位合成及结构[A];中国化学会第四届全国多酸化学学术研讨会论文摘要集[C];2011年
6 熊金钰;徐国财;;超声引发原位乳液聚合同步合成纳米Ag/聚合物复合材料[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
7 薛建伟;许芸;刘春丽;吕志平;李福祥;窦涛;;杂多酸修饰的介孔分子筛Pw_(12)-SBA-15的合成与表征[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年
8 王卉;金峰;段宣明;;原位合成法制备硫化铅-聚合物纳米复合材料[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
9 黄荣雷;金剑丹;;两种配合物的原位合成与晶体结构[A];全国第十四届大环化学暨第六届超分子化学学术讨论会论文专辑[C];2008年
10 胡侨丹;李建国;;放电等离子烧结原位MoSi_2块体结构材料的研究[A];2008年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 应国兵;Cr_2AlC、Ti_2AlC陶瓷及其复合材料的原位合成机理与性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 欧忠文;基于原位合成方法的超分散稳定纳米组元的制备及其摩擦学特性[D];重庆大学;2003年
3 齐勇田;半钢轧辊激光熔覆Ti(C_yN_(1-y))增强Fe基复合层的研究[D];山东大学;2009年
4 吴一;天然钛铁矿碳热、铝热原位合成金属基复合陶瓷的研究[D];南昌大学;2005年
5 康建立;铜基体上原位合成碳纳米管(纤维)及其复合材料的性能[D];天津大学;2009年
6 刘淑霞;薄膜及其它固相介质中金属纳米粒子的原位合成及性能研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
7 肖玉梅;聚合物调控下纳米磷灰石/聚乳酸原位复合材料研究[D];四川大学;2007年
8 宁德宽;以碘化亚铜为构造单元的配位聚合物的合成、结构和性质研究[D];吉林大学;2009年
9 颜志勇;细菌纤维素/碳纳米管复合材料的制备及结构性能研究[D];东华大学;2008年
10 赫庆坤;抽油泵柱塞表面激光合成TiC/NiCrBSi熔覆层研究[D];中国石油大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙红亮;原位合成TiB_2-TiC_x陶瓷及其氧化性能研究[D];西南交通大学;2005年
2 毛纾冰;表面原位合成法制备高分散镍催化剂及其催化加氢脱氯性能研究[D];北京化工大学;2005年
3 陈铁石;CdS纳米复合材料的制备与表征[D];暨南大学;2009年
4 刘阳;NdB_6合成及多元(TiB+TiC+Nd_2O_3)/Ti的粉末冶金工艺制备技术[D];上海交通大学;2007年
5 蒋军;热等静压原位合成TiB_2-TiC_x复相陶瓷材料[D];西南交通大学;2003年
6 赵戈;聚苯胺/导电无机氧化物复合材料制备及性能研究[D];西南大学;2006年
7 胡玉;Fe_3O_4/PANI磁性高分子微球的制备与研究[D];中南大学;2009年
8 胡书春;核-壳结构磁性高分子的制备及其电磁学性能研究[D];西南交通大学;2004年
9 付锐;激光熔覆制备Ni-Si系合金涂层组织与性能研究[D];兰州理工大学;2005年
10 曹通;聚合物/碳纳米管复合材料的制备及其智能特性[D];武汉理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者  高文力;哈高科完成两个863科研项目[N];上海证券报;2006年
2 新时代证券 王保石;哈高科 平台突破[N];证券时报;2006年
3 赵祥;美研发优质棉种筛选新技术[N];农民日报;2005年
4 刘国齐 时振刚 博士;关注新型耐火材料[N];中国冶金报;2007年
5 东方证券 刘军;哈高科 消费概念 突破向上[N];证券时报;2007年
6 刘国齐 时振刚;AIN材料在耐火材料中的应用(2)[N];世界金属导报;2007年
7 记者 王秀兰;今年第二批“863”项目启动[N];中国化工报;2005年
8 郑立挺;哈高科:“新湖”新宠 业绩大增[N];中国证券报;2007年
9 徐永涛;哈高科 参股金融 主力控盘[N];上海证券报;2007年
10 赵爱国 王琼;美联益来建立世界上一流的新药筛选中心[N];科技日报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978