懸浮鑄造生產(chǎn)高硼相-鐵基復(fù)合材料工藝研究.pdf

1、高硼鋼作為非常重要而有前景的屏蔽材料，在核電發(fā)展中有不可替代的作用，得到了足夠的重視深入的研究。傳統(tǒng)的高硼鋼系列屏蔽材料中，硼的大量加入促使鑄造Fe-B-C合金在普通凝固條件下容易獲得大量共晶組織。Fe-B-C合金的金相組織是由基體和共晶組織組成。鑄造Fe-B-C合金中的硼化物呈網(wǎng)狀分布，將會增大鑄造Fe-B-C合金的脆性，降低其韌性。高溫正火處理也難以改善其形態(tài)和分布。
　　 目前對高硼鋼的研究，無論是采用控制硼的加入量，還是

2、合金化的手段，都只能在硼含量很低的水平上調(diào)節(jié)和提高硼鋼的性能，硼含量低的問題制約了高性能屏蔽用硼鋼的發(fā)展。另外，合金化，比如加入Ti等合金元素的方法還存在著價格高，應(yīng)用范圍小等問題。
　　 本實驗就是利用懸浮鑄造等新工藝生產(chǎn)高硼鐵基復(fù)合材料，來克服傳統(tǒng)高硼鋼制備工藝的缺陷。懸浮鑄造有利于細化晶粒和組織，同時懸浮劑加入量可控，對材料的性能設(shè)計十分有利。通過往鋼液體或鐵液中添加硼化物顆粒，使大量未熔化的硼化物顆粒彌散分布于鑄型熔體中

3、，改變結(jié)晶凝固方式和凝固組織，從而避免脆性高硼相大量析出，提高材料強度和韌度。
　　 實驗結(jié)果表明：采用懸浮鑄造工藝制備高硼相-鐵基復(fù)合材料，是在提高硼含量和解決均勻性的前提下提高材料的力學(xué)性能的有效途徑。在選取合適的基體材料和懸浮劑材料的前提下，通過懸浮劑涂覆工藝可以有效的減少高硼相懸浮劑熔解的問題（碳化硼鍍鎳可以有效的隔離，減緩B4C和Fe反應(yīng)，減少Fe2B相析出），使析出的Fe2B脆性相呈孤立的島狀分布，從而避免Fe2B相

4、連接成網(wǎng)，提高材料的韌性。另外，懸浮劑的粒度，對材料的力學(xué)性能和B元素的分布均勻性也有一定的影響：Fe-B顆粒的粒度在0.1～0.4的范圍內(nèi)，隨著粒度的增大，有利于提高復(fù)合材料的沖擊韌性和B元素的分布均勻性。而B4C顆粒的直徑在0.075～0.212mm范圍內(nèi)，復(fù)合材料的沖擊韌性和碳化硼顆粒直徑卻沒有表現(xiàn)出相關(guān)性，但復(fù)合材料的抗拉強度隨碳化硼顆粒的增大而增大。本實驗中熱處理雖然不能改變高硼相分布，但可以明顯的改善基體性能，從而提高復(fù)合材