【摘 要】
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A100钢(Aermet100)具有高的强度、韧性,超强抗热疲劳和二次硬化等性能,是一种性能优异且拥有广泛用途的材料。然而在实际过程中,当材料作为热轧无缝钢管顶头或传动件在高磨损、高应力的环境下服役时,会出现严重的磨损、开裂、氧化以及粘附等现象,影响了生产效率,增加生产成本。可以通过提升材料自身的力学、摩擦学性能以及后续热处理工艺对其进行改善。本文以A100钢为基体材料,添加10%、17%、23%
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A100钢(Aermet100)具有高的强度、韧性,超强抗热疲劳和二次硬化等性能,是一种性能优异且拥有广泛用途的材料。然而在实际过程中,当材料作为热轧无缝钢管顶头或传动件在高磨损、高应力的环境下服役时,会出现严重的磨损、开裂、氧化以及粘附等现象,影响了生产效率,增加生产成本。可以通过提升材料自身的力学、摩擦学性能以及后续热处理工艺对其进行改善。本文以A100钢为基体材料,添加10%、17%、23%W6Mo5Cr4V2高速钢,调整A100钢中合金元素的比例,利用气雾化法制备出优异性能的Fe-Ni-Co-W-Mo-Cr-V合金粉末,采用粉末冶金法制备力学、摩擦学等性能具佳的W6Mo5Cr4V2/A100金属复合材料,利用热处理工艺进一步提升复合材料的力学性能,从而提高材料的耐磨性,并探讨其磨损机理,主要研究内容如下:(1)在气雾化压力为3MPa、5MPa、7MPa,熔炼温度为1535℃下,制备Fe-Ni-Co-W-Mo-Cr-V合金粉末,研究不同雾化压力下粉末的形貌、粒度、松装密度以及流动性。结果表明,提高雾化压力,可以获得更多的细粉,但是细粉增加,复合粉末中卫星球的数量也随之增多,球形度变差,流动性及松装密度都在下降。设置气压为3MPa,可获得89%的细粉,粉末的形貌最好,球形度较高,对比不规则的粉末颗粒可获得更大的填充空间,因而在压制时,试样可获得更好的密度,脱模后的弹性后效也较小,且此时粉末的松装密度最高为3.43g·cm-3,安息角为39.6度(流动性好),有利于后期试样的制备。(2)A100钢为基体材料,W6Mo5Cr4V2高速钢的含量分别为10%、17%、23%,并添加15%的Cu元素,采用粉末冶金法制备W6Mo5Cr4V2/A100复合材料。结果表明,加入的高速钢与基体生成新相,可以细化材料的晶粒,提高材料的硬度与耐磨性,当含量为17%时,碳化物颗粒最为细小,试样的性能较佳,其硬度为516.2HV,韧性为58.1MPa·m1/2,摩擦系数为0.22,磨损率为2.454×10-5mm~3·N-1m-1,此时材料在摩擦过程中极易形成稳定且完整的润滑膜,且表层出现含W、V元素的新金属化合物,提高了基体对润滑磨得承载力,使材料的耐磨性提高。(3)为了进一步提升W6Mo5Cr4V2/A100材料的摩擦学性能,本文制定了不同的热处理工艺。首先在850℃、885℃、920℃和950℃,1h油淬+深冷+510℃,5h回火,随着淬火温度的升高,材料中残余奥氏体的含量先下降后上升,当温度为885℃含量最低,且晶粒细小,均匀;其次在885℃,1h油淬+深冷+445℃、485℃、510℃和550℃,5h回火,随着回火温度的升高,回火马氏体逐渐析出,转变为铁基固溶体和碳化物,当温度为510℃时,材料的各项性能最佳。最终材料在885℃,1h油淬+液氮深冷+510℃,5h回火后,具有最佳的力学性能(硬度为633.72HV,韧性为124.60MPa·m1/2)以及耐磨性能,摩擦系数为0.18,磨损率为0.570×10-5mm~3·N-1m-1,比热处理前降低了4倍多,对比试样磨痕的微观形貌分析,磨损机理主要为磨粒磨损和氧化磨损。
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