VC-Fe復(fù)合材料制備工藝及其性能研究.pdf

1、本課題采用原位合成法與真空熱壓燒結(jié)制備VC/Fe復(fù)合材料,在制備過程中,燒結(jié)和加壓同時(shí)進(jìn)行,促進(jìn)VC/Fe復(fù)合材料燒結(jié)致密性。由于VC顆粒相是原位合成的,晶界界面干凈,與基體相結(jié)合良好,熱穩(wěn)定性強(qiáng)。
　　通過對不同工藝條件、不同組分的VC/Fe復(fù)合材料組織的表面形貌,斷口形貌,以及斷裂裂紋的SEM觀察,結(jié)合材料的力學(xué)性能,分析燒結(jié)工藝、成分與力學(xué)性能與組織的關(guān)系,研究表明:
　　VC/Fe復(fù)合材料組分不同會(huì)影響到材料的材料性

2、能:VC含量的不同會(huì)影響到VC/Fe復(fù)合材料的性能和組織,VC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55％時(shí),VC/Fe復(fù)合材料的各項(xiàng)性能相對較好,硬度為7.78GPa,相對密度為93％,VC/Fe復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為1070MPa和16.17Mpa.m1/2。RE含量的不同會(huì)影響到VC/Fe復(fù)合材料的性能和組織,隨著RE含量的變化,VC/Fe復(fù)合材料硬度在RE含量0.3％時(shí)材料的硬度最大為10.21GPa;Cr含量的不同會(huì)影響到VC/Fe復(fù)合材料的

3、性能和組織,VC/Fe復(fù)合材料的硬度隨鉻鐵含量增加先增高后降低,在鉻鐵含量為6％時(shí)VC/Fe復(fù)合材料的硬度最大為12.03GPa,相比未加時(shí)有較大提高,提高百分比為54.62％;VC/Fe復(fù)合材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度隨鉻鐵含量變化為降低趨勢。
　　燒結(jié)溫度與保溫時(shí)間對VC/Fe復(fù)合材料力學(xué)性能與微觀組織結(jié)構(gòu)的影響:燒結(jié)溫度影響到VC/Fe復(fù)合材料力學(xué)性能。隨著溫度提高,VC/Fe復(fù)合材料致密性差別比較大,致密性差異決定了性能的優(yōu)異

4、程度,在1150℃時(shí),材料性能相對較好,硬度為7.78GPa,相對密度為93％,材料的抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性最高,其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性分別為1070MPa和16.17Mpa.m1/2;保溫時(shí)間影響到VC/Fe復(fù)合材料的力學(xué)性能,隨著保溫時(shí)間的提高,保溫時(shí)間影響到VC/Fe復(fù)合材料的力學(xué)性能,隨著保溫時(shí)間的提高,VC/Fe復(fù)合材料的硬度隨之變高在保溫時(shí)間80min時(shí),VC/Fe復(fù)合材料的硬度相對較好的能達(dá)到10.71GPa,比優(yōu)化工藝前提高了

5、37.66％;VC/Fe復(fù)合材料相對密度在保溫時(shí)間60到100分鐘之間的增長趨勢比較緩慢,變化不大;保溫時(shí)間為60分鐘時(shí),VC/Fe復(fù)合材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度較好,分別為16.17MPa·m1/2和1070MPa。
　　VC/Fe復(fù)合材料的摩擦性能隨著燒結(jié)工藝的變化而變化:在實(shí)驗(yàn)過程中,VC/Fe復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著燒結(jié)溫度的增加出現(xiàn)先減小后增大的趨勢,在1200℃時(shí)材料的摩擦系數(shù)相對最小為0.8;隨保溫時(shí)間的增加,VC/Fe

6、復(fù)合材料的摩擦系數(shù)先增大后減小,在20min時(shí)VC/Fe復(fù)合材料的摩擦系數(shù)最小為0.746;通過與材料力學(xué)性能的分析,可以得出在VC/Fe復(fù)合材料硬度與相對密度較好時(shí)材料的摩擦系數(shù)較低。VC含量對材料耐磨性能有很大影響,在VC含量為55％時(shí)材料表面的摩擦磨損性能較好,摩擦系數(shù)為0.916-0.918;而此時(shí)也是VC/Fe復(fù)合材料的相對密度與硬度較好的VC含量組分。由不同材質(zhì)摩擦副對VC/Fe復(fù)合材料摩擦系數(shù)的影響可以發(fā)現(xiàn),在淬硬鋼環(huán)磨擦

7、過程中,隨著實(shí)驗(yàn)力的變大,摩擦系數(shù)先增大后減小,在80N時(shí)摩擦系數(shù)最小為0.916;而隨著轉(zhuǎn)速的變化,隨著轉(zhuǎn)速的變大,摩擦系數(shù)呈增大趨勢,在轉(zhuǎn)速60r/min時(shí)摩擦系數(shù)最小為0.918。在銅環(huán)磨損時(shí),隨著實(shí)驗(yàn)力的變化,摩擦系數(shù)呈遞減趨勢,在100N時(shí)摩擦系數(shù)最小為0.468;隨著材料轉(zhuǎn)速變化,材料的摩擦系數(shù)先降低后增高,在120rad/min時(shí)摩擦系數(shù)最小為0.558。摩擦副的材質(zhì)硬度也會(huì)影響到材料的摩擦系數(shù),環(huán)的材質(zhì)越軟,反應(yīng)到摩擦系

8、數(shù)越小。當(dāng)VC含量為55％時(shí),材料的摩擦系數(shù)較小為0.916-0.918.綜合力學(xué)性能可知:致密性和硬度越高,VC/Fe復(fù)合材料的耐磨性能越好,摩擦系數(shù)也就越低;通過微觀組織分析可以發(fā)現(xiàn)在磨損過程中,首先脫落的是鐵基體相,然后才是顆粒相,說明VC顆粒對VC/Fe復(fù)合材料耐磨性的強(qiáng)化作用明顯。
　　研究VC/Fe復(fù)合材料滿足了人們對鋼鐵材料提高性能的要求,對鐵基復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用具有促進(jìn)作用,并且釩資源得到了綜合利用,對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)