型內(nèi)熔化擴(kuò)散梯度耐磨材料的制備及其性能研究.pdf

1、金屬材料的耐磨性長(zhǎng)期受到機(jī)械和材料界的關(guān)注與重視。在實(shí)際應(yīng)用中，許多機(jī)器零件要求表面耐磨而內(nèi)部具有良好韌性，單一金屬材料很難達(dá)到這一要求。梯度功能材料(FGM)概念的提出為解決耐磨材料的這一困境提供了新的途徑，人們通過粉末冶金、半連續(xù)鑄造、鑄滲等方法制備具有表面耐磨層的復(fù)合材料，使耐磨件獲得外硬內(nèi)韌的梯度性能，以此來(lái)提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命。但梯度功能材料的制備工藝過程復(fù)雜，對(duì)參數(shù)控制要求嚴(yán)格，不適合耐磨零件的批量生產(chǎn)制造。本文采用鑄造方

2、法，結(jié)合雙金屬?gòu)?fù)合工藝，研究合金元素型內(nèi)熔化擴(kuò)散機(jī)理，以期獲得性能良好的梯度耐磨材料，為耐磨零件的批量化生產(chǎn)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 型內(nèi)化擴(kuò)散方法利用高溫鋼液熔化鑄型內(nèi)預(yù)先放置的高釩合金棒，通過合金原子在液態(tài)金屬的擴(kuò)散過程，使合金元素向基體金屬內(nèi)部遷移，凝固后在材料中形成合金元素、碳化物、力學(xué)性能的梯度分布，利用合金碳化物的強(qiáng)化作用，使材料獲得表硬內(nèi)韌的機(jī)械性能。
　　 本文利用型內(nèi)熔化擴(kuò)散試驗(yàn)，分析高釩合金棒在液態(tài)金屬中

3、的熔解機(jī)理，并應(yīng)用Fick第二定律，研究合金元素的濃度分布方程，應(yīng)用積分變換方法求解微分方程，得到合金元素?cái)U(kuò)散方程的基本解。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中鑄型尺寸、合金棒尺寸、擴(kuò)散系數(shù)等因素，進(jìn)行液態(tài)金屬中釩原子擴(kuò)散過程的模擬仿真，并分析不同初始條件下的擴(kuò)散分布。
　　 對(duì)采用型內(nèi)熔化方法制備的擴(kuò)散件試樣，利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、XRD、顯微硬度和宏觀硬度測(cè)試等手段，研究擴(kuò)散件的顯微組織、物相結(jié)構(gòu)，分析冶金結(jié)合層中合金元素分布和材