轴承钢（GCr15）表面TaC陶瓷增强层的制备及力学性能研究
发布时间：2022-01-03 16:37
本课题采用原位反应法在轴承钢（GCr15）表面制备碳化钽陶瓷增强层,通过吉布斯自由能函数法计算了 GCr15/Ta体系的热力学条件;选用经典动力学模型结合Arrhenius公式计算TaC陶瓷增强层的生长系数和激活能;采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及电子背散射衍射技术（EBSD）对TaC陶瓷增强层的微观组织、物相组成、碳化钽颗粒的形貌以及物相分布进行表征;采用纳米压痕仪、显微硬度仪以及自动划痕仪对碳化钽陶瓷增强层的硬度、弹性模量、断裂韧性以及刻划失效等性能进行了研究。结果表明:（1）通过DSC分析和热力学计算可确定GCr15/Ta体系中的原位反应温度为1150、1200、1250℃。（2）原位生成的碳化钽陶瓷增强层与基体之间结合良好,无孔洞、夹杂等界面缺陷;组织分为未反应完的Ta板、TaC陶瓷增强层以及钢基体;陶瓷增强层横截面存在的物相包括有Ta、TaC、FeC以及α-Fe;TaC陶瓷层的表面仅有TaC相,无其它杂相。（3）不同保温温度和反应时间的体系中,同一温度下,随着时间的延长,原位反应法制备的TaC陶瓷增强层的厚度逐渐增加,生长系数...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扩散示意图[45]
2碳化钽陶瓷增强层的制备方法及表征分析92碳化钽陶瓷增强层的制备方法与表征分析2.1实验材料本实验采用原位反应技术，以轴承钢(GCr15)(如图2-1(a)所示)和高纯钽板(如图2-1(b)所示)为原料，在钢基表面生成碳化钽陶瓷增强层材料。用线切割将原材料Ta板切割为10mm×10mm×2mm的长方体，钢基体切割为10mm×10mm×5mm的长方体，然后将钽板与钢基用砂纸逐级打磨至表面光滑明亮，再用超声波清洗干净，最后用石墨纸将GCr15块体与钽板包裹后放入特制的石墨坩埚中，随后于GSL-1400-X管式炉内，并采用Ar气作为保护气氛，气体流速为6mL/min。钢基体(GCr15)和Ta板的化学成分如表2-1所示。图2-1实验所选主要原材料：(a)GCr15；(b)高纯度钽板Fig.2-1Themainrawmaterialsselectedintheexperiment:(a)GCr15;(b)high-puritytantalumplate表2-1GCr15和Ta板化学成分(wt.%)Table2-1TheGCr15andTaplatechemicalcomposition(wt.%)MaterialTrademarkCSiMnPSFeTaTantalumplateBearingsteelTaGCr150.0050.9690.0031.300.0010.41—≦0.022—≦0.024—Balance99.4—2.2碳化钽陶瓷增强层的制备过程制备碳化钽陶瓷增强层的工艺过程主要有两个步骤，一是高纯度钽板与轴承钢(GCr15)基体的制备过程；二是钽原子与碳原子的互相扩散过程，称之为原位反应过程。2.2.1钽板(Ta)/轴承钢(GCr15)的预处理首先将高纯度钽板和轴承钢(GCr15)用数控电火花线切割机(DK7732)切割成10mm×5mm×2mm和10mm×10mm×5mm的小长方体，再用金相砂纸对切割好的GCr15块体和
西安理工大学工程硕士专业学业论文10钽板的表面进行逐级打磨，去除表面氧化层，清理GCr15块体和钽板表面，使其保持干净；再将钽板和GCr15块体置于4%硝酸酒精进行轻腐蚀，然后使用超声清洗并烘干，接着用石墨纸将处理好的GCr15块体和钽板按照图2-2中示意的形式包裹固定好在特制的石墨坩埚中，包裹时需将钽板与GCr15块体体接触面紧密贴合用石墨纸完全包裹，随后于GSL-1400-X管式炉内烧结制样，并通以氩气作为保护气氛，气体流速为6mL/min，制备过程示意如图2-3所示。图2-2复合体制备示意图Fig.2.2Complexpreparationmodel图2-3实验制备过程示意图Fig.2-3Themodeloftheexperimentalpreparationprocess2.2.2GCr15/Ta体系反应参数设计为了确定制备碳化钽陶瓷增强钢基复合材料的反应温度，使用示差扫描量热法(DSC)进行分析，先用线切割机将准备好的钽板和轴承钢切割成Ф3mm×1mm和Ф2mm×1mm的小圆片，再用金相砂纸对其表面打磨，磨至所需要的尺寸后放入超声清洗并烘干，将切割好的GCr15和钽板按照基体在下钽板在上的顺序依次放入特制坩埚内，分析GCr15/Ta两者在实验中的熔化、反应以及结合等过程，测量所发生的热效应，研究实验过程的晶格转变和化合物反应等，以这个依据来选取反应温度范围。结合绘图软件绘制出加热过程中示差扫描量热的热曲线随温度的变化规律图。实验方案时从室温以10℃/min的速度升高至1400℃。通过示差扫描量热法所测得的GCr15/Ta体系的DSC曲线如图2-4所示[55]，从图中可以看出，GCr15/Ta体系主要有两个明显的吸热峰，分别处于824°C和1175°C，在1325°C
本文编号：3566608
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
扩散示意图[45]
2碳化钽陶瓷增强层的制备方法及表征分析92碳化钽陶瓷增强层的制备方法与表征分析2.1实验材料本实验采用原位反应技术，以轴承钢(GCr15)(如图2-1(a)所示)和高纯钽板(如图2-1(b)所示)为原料，在钢基表面生成碳化钽陶瓷增强层材料。用线切割将原材料Ta板切割为10mm×10mm×2mm的长方体，钢基体切割为10mm×10mm×5mm的长方体，然后将钽板与钢基用砂纸逐级打磨至表面光滑明亮，再用超声波清洗干净，最后用石墨纸将GCr15块体与钽板包裹后放入特制的石墨坩埚中，随后于GSL-1400-X管式炉内，并采用Ar气作为保护气氛，气体流速为6mL/min。钢基体(GCr15)和Ta板的化学成分如表2-1所示。图2-1实验所选主要原材料：(a)GCr15；(b)高纯度钽板Fig.2-1Themainrawmaterialsselectedintheexperiment:(a)GCr15;(b)high-puritytantalumplate表2-1GCr15和Ta板化学成分(wt.%)Table2-1TheGCr15andTaplatechemicalcomposition(wt.%)MaterialTrademarkCSiMnPSFeTaTantalumplateBearingsteelTaGCr150.0050.9690.0031.300.0010.41—≦0.022—≦0.024—Balance99.4—2.2碳化钽陶瓷增强层的制备过程制备碳化钽陶瓷增强层的工艺过程主要有两个步骤，一是高纯度钽板与轴承钢(GCr15)基体的制备过程；二是钽原子与碳原子的互相扩散过程，称之为原位反应过程。2.2.1钽板(Ta)/轴承钢(GCr15)的预处理首先将高纯度钽板和轴承钢(GCr15)用数控电火花线切割机(DK7732)切割成10mm×5mm×2mm和10mm×10mm×5mm的小长方体，再用金相砂纸对切割好的GCr15块体和
西安理工大学工程硕士专业学业论文10钽板的表面进行逐级打磨，去除表面氧化层，清理GCr15块体和钽板表面，使其保持干净；再将钽板和GCr15块体置于4%硝酸酒精进行轻腐蚀，然后使用超声清洗并烘干，接着用石墨纸将处理好的GCr15块体和钽板按照图2-2中示意的形式包裹固定好在特制的石墨坩埚中，包裹时需将钽板与GCr15块体体接触面紧密贴合用石墨纸完全包裹，随后于GSL-1400-X管式炉内烧结制样，并通以氩气作为保护气氛，气体流速为6mL/min，制备过程示意如图2-3所示。图2-2复合体制备示意图Fig.2.2Complexpreparationmodel图2-3实验制备过程示意图Fig.2-3Themodeloftheexperimentalpreparationprocess2.2.2GCr15/Ta体系反应参数设计为了确定制备碳化钽陶瓷增强钢基复合材料的反应温度，使用示差扫描量热法(DSC)进行分析，先用线切割机将准备好的钽板和轴承钢切割成Ф3mm×1mm和Ф2mm×1mm的小圆片，再用金相砂纸对其表面打磨，磨至所需要的尺寸后放入超声清洗并烘干，将切割好的GCr15和钽板按照基体在下钽板在上的顺序依次放入特制坩埚内，分析GCr15/Ta两者在实验中的熔化、反应以及结合等过程，测量所发生的热效应，研究实验过程的晶格转变和化合物反应等，以这个依据来选取反应温度范围。结合绘图软件绘制出加热过程中示差扫描量热的热曲线随温度的变化规律图。实验方案时从室温以10℃/min的速度升高至1400℃。通过示差扫描量热法所测得的GCr15/Ta体系的DSC曲线如图2-4所示[55]，从图中可以看出，GCr15/Ta体系主要有两个明显的吸热峰，分别处于824°C和1175°C，在1325°C
本文编号：3566608
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3566608.html
