新型柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的磨粒磨损性能

发布时间：2017-09-27 05:37

  本文关键词：新型柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的磨粒磨损性能

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【摘要】：硬质合金增强铁基耐磨复合材料能同时拥有高的耐磨性和强韧性,可以大幅度提高零部件的使用寿命。本文以WC-Co硬质合金棒为增强体,奥贝球铁为基体,采用真空消失模铸造工艺开发了柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料,并对其基体与增强体界面微观组织和磨粒磨损性能进行了系统研究。基体的化学成分设定为C3.6%,Si2.5%,Mn0.3%,Cu0.7%,Ni1.2%,Mo0.3%,采用75硅铁进行孕育处理,稀土镁合金球化剂进行球化处理,制备出球铁,利用等温淬火制备出奥贝球铁。增强体的化学成分为WC92%,Co8%。利用XRD及SEM/EDS等分析手段研究了复合材料界面的物相组成和元素的扩散情况,并测试了复合材料的显微硬度。利用SUGA型磨粒磨损试验机研究了复合材料的磨粒磨损性能,观察磨损表面形貌,定性分析磨损表面并分析了磨损机理。通过对界面微观形貌的分析发现,由于碳化钨表层的熔解和W、Fe、C、Co等元素的互扩散,硬质合金与奥贝球铁界面出现了厚度约为370μm的过渡层,形成了良好的冶金结合。磨粒磨损试验结果表明,制备出的奥贝球铁基复合材料的耐磨性是球铁基复合材料的1.4倍,基体奥贝球铁的2倍,基体球铁的3倍。这是因为首先高硬度、高耐磨性的增强体与强韧性的奥贝球铁结合良好,使得复合材料在磨损过程中,增强体碳化钨保护基体不被磨损,基体又牢固的支撑着碳化钨,从而保证其优异的耐磨性。其次,从球铁到奥贝球铁,基体对材料耐磨性的贡献率为50.3%。从球铁到球铁基复合材料,增强体的贡献率为58.4%。从奥贝球铁到奥贝球铁基复合材料,增强体的贡献率为59.5%(与球铁到球铁基复合材料,增强体的贡献率相近)。从最初的球铁到奥贝球铁基复合材料,基体与WC共同的贡献率为79.9%,可见奥贝球铁基复合材料抗磨损性能最好。实验结果最终表明,所开发的新型柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料中高硬度、高耐磨性的增强体保护基体不被磨损,同时基体又有效支撑着增强体,在二者相互协同作用下抵抗磨损,可满足一些较为复杂的磨损工况,如果该复合材料能够应用到如鄂板,衬板及挖掘机斗齿等工况环境,就极具实际应用意义。
【关键词】：硬质合金 复合材料 界面 磨粒磨损 磨损机理
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8
• 1.2 磨损现象8-9
• 1.3 耐磨材料的研究现状9-10
• 1.4 硬质合金增强钢铁基耐磨复合材料的研究现状10-12
• 1.4.1 基体和硬质合金的选择11-12
• 1.4.2 硬质合金增强钢铁基耐磨复合材料的制备方法12
• 1.5 本课题研究的目的及意义12-14
• 第二章 柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的制备14-24
• 2.1 复合材料增强体与基体的选择14-15
• 2.1.1 增强体材料14-15
• 2.1.2 基体材料15
• 2.2 复合材料的制备工艺15-16
• 2.3 基体的制备过程16-19
• 2.3.1 化学成分的确定16-17
• 2.3.2 实验原材料17
• 2.3.3 熔炼及浇注17
• 2.3.4 奥贝球铁的制备工艺17-19
• 2.3.5 实验设备19
• 2.4 复合材料的制备19-21
• 2.5 实验表征方法21-24
• 2.5.1 金相组织观察21-22
• 2.5.2 磨粒磨损实验22
• 2.5.3 硬度测试22
• 2.5.4 X射线衍射分析和SEM/EDS分析22-24
• 第三章 柱状碳化钨表面增强耐磨复合材料的金相组织24-33
• 3.1 复合材料的组织观察及形貌分析24-27
• 3.1.1 基体的组织形貌24-26
• 3.1.2 复合材料的组织形貌26-27
• 3.2 复合材料的界面微观形貌与能谱分析27-32
• 3.2.1 球铁基复合材料的界面微观形貌与能谱分析27-29
• 3.2.2 奥贝球铁基复合材料的界面微观形貌与能谱分析29-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 复合材料的磨粒磨损性能研究33-37
• 4.1 SUGA型磨损试验机重复性33-34
• 4.2 磨粒磨损实验结果34-36
• 4.2.1 基体磨粒磨损性能对比34-35
• 4.2.2 基体与复合材料磨粒磨损性能对比35
• 4.2.3 不同基体及复合材料磨粒磨损性能对比35-36
• 4.3 本章小结36-37
• 第五章 实验结果分析37-47
• 5.1 磨损过程中的表面形貌分析37-43
• 5.1.1 磨损表面观察37-39
• 5.1.2 硬度测试结果39-41
• 5.1.3 磨损前后的XRD分析41-43
• 5.2 磨损表面分析43-46
• 5.3 本章小结46-47
• 结论47-48
• 参考文献48-52
• 致谢52-53
• 攻读硕士期间主要成果53-54
• 个人简历54

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本文编号：927931