粗晶TiC基高锰钢结硬质合金的制备与性能研究

发布时间：2020-02-03 18:16

【摘要】：TiC基高锰钢结合金块作为一种优异的耐磨、抗磨材料,常用在耐磨件关键部位来提高其使用性能和寿命,已经成为高性能耐磨件生产的一个重要发展方向。实际使用过程表明,目前所用的钢结合金耐磨块表现出较大的脆性,使用中容易发生碎裂和脱落等现象,其耐磨性能已经达到一个平衡点,进一步提高其综合力学性能成为迫切的实际需要。本文以硬质相TiC的粒度为出发点,探索通过硬质相粗晶粒化来解决存在的问题,并系统研究了其制备工艺和合金性能。在探索球磨工艺对合金性能与组织的影响方面,本实验采用滚动球磨的方式,分别对原料TiC干磨和合金混合粉末湿磨进行了工艺研究,并对烧结合金的显微组织和力学性能进行了分析,实验结果表明:1)TiC为典型的脆性硬质材料,在其他干磨参数一定的情况下,随着干磨时间的延长,大块TiC颗粒被快速破碎细化,干磨初期主要以体积破碎为细化机制,干磨后期主要以表面破碎为细化机制,经试验得到最佳的干磨时间为3h,干磨后的TiC粉末D50约为8μm;2)在合金混合料的湿磨中,为了避免粗颗粒TiC原料过度细化,应将湿磨转速降低至0.65n临界,以实现混合为主、破碎为次的目的;随着湿磨时间的延长,烧结后合金组织中的孔隙越来越少,硬质相在基体中的分布越来越均匀,相对应的抗弯强度、冲击韧性、硬度等力学性能迅速提高,经试验得到最佳的湿磨时间为21h,此时合金的抗弯强度为1481MPa,冲击韧性为2.64J/cm2,洛氏硬度为65HRC。在混合料的压坯成型及质量控制、真空烧结以及后续水韧处理等基础研究方面,本文首先选用SBS为成型剂,研究混合料的压制曲线,探究了压坯对烧结合金质量与性能的影响;研究了烧结炉内气氛压强变化规律与机理,分析了其对合金性能与组织的影响;通过进行1050℃水韧处理,探索水韧处理对粗晶TiC基高锰钢结合金的作用规律。研究发现:1)在模压成型过程中,压制压力通过影响压坯密度及压坯质量间接影响合金最终的烧结态密度及洛氏硬度;随着压制压力的升高,压坯密度不断变大,相对应的样品密度及洛氏硬度也变大,但当压制压力超过300MPa后,样品的密度及洛氏硬度趋向稳定,密度在6.05g/cm3左右,洛氏硬度在65HRC左右;2)在真空烧结过程中,炉内气氛压强出现三次峰值,分别对应成型剂的裂解挥发、金属氧化物的还原和液相烧结阶段金属Mn挥发;降低第一和第二次压强峰值,利于尽快排除有害气体,适当提高第三次炉内气氛压强,可避免基体金属成分挥发,有益于获得优质烧结制品;3)水韧处理使合金基体的过饱和度增加,基体奥氏体的XRD衍射峰发生宽化和矮化现象,同时,水韧处理有效促进了TiC颗粒与粘结相在相界面周围的成分分布均匀性,有利于改善合金的综合力学性能。冲击磨料磨损性能对比研究发现:1)随着冲击载荷的逐步提高,粗晶粒TiC基高锰钢结合金的耐磨料磨损性能表现出先减小后增大的趋势,高冲击载荷的耐磨料磨损性能优于低冲击载荷;在2J/cm2冲击载荷下的耐磨性能最差,而在4J/cm2冲击载荷下的耐磨性能最佳;2)相对于普通晶粒TiC基钢结合金,粗晶粒钢结合金在抗冲击磨料磨损性能上具有明显的优势,尤其在高冲击载荷下,耐磨性能可提高80%;而相比于低压烧结普通晶粒钢结合金,其耐磨性能可提高50%;3)机理分析发现粗晶钢结合金的冲击磨料磨损类型包括凿削式磨料磨损、碾碎性磨料磨损、擦伤式磨料磨损,同时也有一定程度的疲劳磨损,对于不同冲击载荷下的磨损,四种磨损类型所占的比例有所不同。
【图文】：

示意图,抗弯强度,示意图,试样

谱分析NTA 200 型环境扫描电镜(SEM)对水韧处理，，并利用该电镜自带能谱分析仪对烧结样实验验在 MLD-10 型动载磨料磨损试验机上进验中试验机工作参数如下：冲锤重量为 10J、3J 和 4J；上试样为本实验中制备的三种m×10mm×30mm；下试样为试验机自带试径为 50mm，选材为 GCr15，经过 840℃油验磨料选用棕刚玉，洛氏硬度在 80HRC 以上以 200r/min 的速度旋转，上试样以 200 次/ 200ml/min 的流量流入上下试样之间。上图 2.2 抗弯强度测试示意图

示意图,动载磨料磨损,试验机,示意图

粗晶 TiC 基高锰钢结硬质合金的制备与性能研究醇清洗干净并干燥，在精度为 0.1mg 的 FA1004 型电子分样的总磨损时间为 60min，每隔 10min 取下试样进行称重
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG135.5

【参考文献】