(Ti,W)C顆粒增強鐵基表面復合材料微觀組織的研究

  現代工業的高速發展迫切需要在高溫、高速、耐磨損條件下的結構件,如發動機的凸輪軸、挺桿、氣門閥座、高速軋機的軋環、導向輪和軋輥等,現有的鋼鐵材料及其合金越來越難以滿足需要,顆粒增強鐵基復合材料因其特有的高比強度、高比模量、耐磨和耐高溫等優良性能而得到世界各國材料科學工作者的廣泛關注,成為近年來新材料開發的熱點。

  顆粒增強鐵基復合材料一般是作為耐磨、耐蝕、耐熱材料進行開發和應用的。如在工作面上采用此材料,可以獲得表面耐磨性優、心部塑韌性好的零部件,更可貴的是,在既有磨損又有耐熱的嚴酷工況下,可以通過基體與顆粒的不同選擇,兼顧抗磨損與抗氧化性的不同要求。因此,研究顆粒增強鐵基表面復合材料的制備工藝、組織結構和耐磨、耐熱、耐蝕的綜合性能,具有非常重要的意義和實用價值。本文將原位合成技術與粉末冶金技術相結合,在45鋼表面合成了(Ti,W)C顆粒增強鐵基表面復合材料,并探討了該表面復合材料的顯微組織。

  實驗所用復合材料的化學成分為(質量分數,%):12Ti,18W,4.5C,2Mo,2Cr,余量Fe。原材料分別為Ti粉、還原Fe粉、炭黑、鎢鐵粉(含70%W,質量分數,下同)、鉻鐵粉(含70%Cr)、鉬鐵粉(含50%Mo)。材料制備過程如下:混料采用濕混:每100g混合料中加入50mL無水乙醇,球料質量比為6∶1,采用QM-1SP行星式球磨機,以180r/min的轉速混料24h。料漿的干燥在溫度為353K的真空干燥箱中進行,混合粉干燥后,加入6%左右的汽油橡膠,然后造粒,過100目篩,最后壓制成Φ30mm×5mm的毛坯,將壓制好的毛坯置于45鋼坯上,在真空燒結爐中燒結而成,燒結溫度1300℃,保溫時間1h。

  采用粉末冶金技術與原位合成技術,在45鋼表面制備了(Ti,W)C/Fe基表面復合材料,表面復合材料的相組成為(Ti,W)C和α-Fe,所合成的硬質相(Ti,W)C顆粒在鐵基體中均勻分布。表面復合材料層與45鋼之間形成了良好的冶金結合。