【摘 要】
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AerMet100钢综合力学性能优异,具有较高的强韧性匹配,主要用于制造飞机起落架和结构件装甲等耐冲击构件。然而,AerMet100钢的摩擦学性能较差,这限制了它在工业上的广泛应用。在钢基体中,添加颗粒增强相和固体润滑相,制备钢基复合材料,可以解决其摩擦学性能不好的问题,提高AerMet100钢的性能,拓展其工业应用范围。本文使用气雾化法制取了AerMet100钢粉末,并以此粉末为基体、WC和Ti
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AerMet100钢综合力学性能优异,具有较高的强韧性匹配,主要用于制造飞机起落架和结构件装甲等耐冲击构件。然而,AerMet100钢的摩擦学性能较差,这限制了它在工业上的广泛应用。在钢基体中,添加颗粒增强相和固体润滑相,制备钢基复合材料,可以解决其摩擦学性能不好的问题,提高AerMet100钢的性能,拓展其工业应用范围。本文使用气雾化法制取了AerMet100钢粉末,并以此粉末为基体、WC和TiC为颗粒增强相、Mo S2为固体润滑相,采用粉末冶金工艺制备了摩擦学性能优异的AerMet100复合材料。主要研究内容和结果如下:(1)采用粉末冶金工艺制备了不同WC/AerMet100基复合材料,当WC的含量为10wt.%时,试样的性能较好,其硬度为516.1HV,摩擦系数为0.33,磨损率为2.66′10-5mm~3·N-1m-1。WC的添加能提高基体中碳化物硬质相的含量,这些碳化物在基体中弥散分布,提高了材料的强度和硬度,给润滑膜提供了有效支撑。材料表现出良好的力学性能和摩擦学性能。通过对试样的磨痕形貌分析可知,试样的磨损机理主要为疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损。(2)采用粉末冶金工艺制备了不同WC/TiC/AerMet100基复合材料,当含有15wt.%WC和5%wt.%TiC时,复合材料的性能最佳。其硬度为566.1HV,平均摩擦系数为0.26,磨损率为2.23′10-5mm~3·N-1m-1。TiC的添加,能改善碳化物硬质相和金属基体元素之间的润湿性、细化了晶粒,使组织更加均匀致密;在高温烧结时,Ti元素与合金元素Fe、Co和Ni形成固溶体,有固溶强化的效果,TiC的细晶强化作用,不仅使复合材料的硬度提高,同时不损失韧性。观察分析试样磨痕形貌可知,其磨损机理主要为疲劳磨损和磨粒磨损。(3)为了进一步提高复合材料的摩擦学性能,采用粉末冶金工艺制备了不同WC/TiC/Mo S2/AerMet100基复合材料。当含有15wt.%WC、5%wt.%TiC和6.0wt.%Mo S2时,复合材料具备最佳性能。其硬度为576.6HV,摩擦系数为0.15,磨损率为1.35′10-5mm~3·N-1m-1。Mo S2的添加能显著改善复合材料的润滑性能。在烧结过程中,部分Mo S2会发生分解,部分Mo与其他金属元素形成固溶体,有固溶强化的效果;另一部分Mo参与形成并增加了碳化物的含量,进一步提高了复合材料的硬度和承载能力;S元素与Fe、Cr等金属元素反应生成CrxSx+1、Fe S等低剪切强度的润滑相,在摩擦副球与试样的对磨过程中,碳化物、润滑相和氧化物被碾压在一起形成一层润滑膜,涂敷在摩擦接触面,起到自润滑作用,提高了复合材料的摩擦学性能。观察分析试样磨痕形貌可知,此时其磨损机理主要为疲劳磨损和磨粒磨损。
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