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随着钢铁产业的发展和进步,严重的产能过剩已不能适应当代工业社会的需求,转而向高硬度、耐磨性好的陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料投入研究和发展。Al2O 3在经济适用性和陶瓷颗粒本身的性能上具有很好的优势,然而作为增强体颗粒,Al2O 3存在和钢液的润湿性不好从而导致复合材料的结合性能差的问题,近几年的研究中已通过向预制体中加入活化元素使复合材料的界面结合情况有所改善。由于单种活化元素在改善界面的同时会对基体部分造成不利的影响,如向预制体中加入Ti后,A l 2 O 3陶瓷颗粒周围包覆了和钢液润湿性较好Ti C界面层,复合材料的力学性能有明显提升,而钢液中C和Ti颗粒发生反应,基体的硬度有所降低。所以,本论文通过加入多种活化元素来研究这一问题。本文通过在预制体中加入Ti颗粒和不同质量的Si颗粒或者改变基体中C含量的方式,使用挤压铸造工艺制备Al2O 3p/高锰钢复合材料,并对复合材料进行水韧处理以消除碳化物的不良影响。研究了添加不同质量和种类的多种元素对复合材料的界面组成和结合情况的影响。通过硬度、三点弯曲测试、冲击磨料磨损实验来研究多元活化物质对复合材料力学性能和耐磨性能的影响。通过挤压铸造法制备出的Al2O 3p/高锰钢复合材料,基体内部没有裂纹存在。添加Ti元素后,经检测发现颗粒和基体之间的界面处生成Ti C包覆层,由于Ti C和钢液之间具有良好的润湿性,使得界面结合良好。当Ti含量添加量为陶瓷颗粒的10%时,宏观硬度为37.17HRC,基体显微硬度为273.4HV,抗弯强度为320.4Mpa。分别向预制体中添加15%Ti、10%Ti+3.5%Si和10%Ti+2.35%Si颗粒的Al2O 3p/钢基复合材料以及向预制体中加入1 0%Ti,改变基体C含量为1.3 w t%和1.5 w t%,其宏观硬度和显微基体硬度结果表明:随着活化元素加入量的增多,预制体对钢液的吸热作用加强,基体中慢慢出现了缺陷,导致宏观硬度下降。当加入适量的Ti、Si元素及Ti、C元素后,可降低Ti的熔点,使Ti颗粒在基体中熔化完全,基体显微硬度有所提升。研究表明,添加适当含量的Si元素和C元素,会使加入的Ti颗粒在发生轻微界面反应,一方面降低了Ti的熔点,减少Ti对钢液热量的吸收;另一方面,生成的界面产物促进了界面结合情况,提高力学性能。其中同时添加10%Ti和3.5%Si的复合材料宏观硬度为36.17HRC,基体显微硬度为296HV;添加2.35%Si时,Ti颗粒未被完全熔化,降低了Si元素的固溶强化效果,使硬度下降,其宏观硬度为35.84HRC,基体显微硬度为259HV。当添加10%Ti,基体C含量为1.3wt%时,C和Ti反应生成硬质相Ti C,基体显微硬度提高了0.58%,宏观硬度为36.57HRC;当C含量为1.5wt%时,基体中存在大量脆性碳化物,宏观硬度和基体显微硬度分别下降了2.77%和3.91%。添加两种活化元素后Al2O 3p/钢复合材料的塑韧性均比添加1 0%Ti的复合材料有所提升。随着硅元素的增加,基体的塑韧性增加,抗弯强度下降。当碳含量增加时,基体应变量增加,抗弯强度分别下降了90.4%和5 2.4%。添加两种活化元素时,S i元素为3.5%和2.3 5%的复合材料耐磨性均比添加10%Ti的复合材料好,分别提升了28.6%和16.7%,而添加Ti和C元素的复合材料体积磨损量较大,磨损性较差。