TiC颗粒局部增强铸造钢基复合材料的制备

论文题目: TiC颗粒局部增强铸造钢基复合材料的制备

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 赵玉谦

导师: 姜启川

关键词: 颗粒,局部增强,铸造钢基复合材料,自蔓延高温合成

文献来源: 吉林大学

发表年度: 2005

论文摘要: 首次将铸造过程与Fe-Ti-C-Al 体系SHS 反应有机结合,成功制备出TiCp局部增强铸造钢基复合材料,很好地解决了SHS 反应的引燃、致密化及增强体原位形成和零件成形一体化制造等关键科学问题。对Fe-Ti-C-Al 体系溶液进行了热力学计算结果表明:Al 加入量增加可以降低TiCp 的生成自由焓,有利于TiCp 的生成。在本实验条件下,TiCp 可在1600℃钢液中生成。为研究Fe-Ti-C-Al 体系SHS 反应合成制备TiC 颗粒局部增强铸造钢基复合材料提供了理论依据。采用Fe-Ti-C-Al 体系,将粉料充分混合压制成约理论密度60%的预制块,经预处理后放置在铸型内,利用高温钢液的热能引发SHS 反应,使液态金属成型和在钢液内内生TiC 增强颗粒同时完成。成功地制备了大体积分数的TiC颗粒局部增强铸造锰钢基和铸造45Mn2 钢基复合材料。很好地解决了在颗粒增强铸造钢基复合材料制备过程中,存在的外加陶瓷颗粒润湿性差、颗粒表面易污染、颗粒参与下的熔体流动性差、充型困难和大体积分数颗粒无法实现等严重影响颗粒增强铸造钢基复合材料制备中的难题。探讨了Fe-Ti-C-Al 体系在钢液内SHS 反应生成TiC 的机制,并给出粉末粒度、配比、预制块的紧实率及添加剂等影响TiC 生长的动力学因素对TiCp生成尺寸的影响规律。优化出适合于TiC 颗粒局部增强铸造钢基复合材料制备的工艺参数。为进一步提高TiC 颗粒局部增强铸造45Mn2 钢基复合材料的性能,进行了强韧化热处理,以改善TiCp 形态,提高TiCp 增强区和基体的宏观硬度。并对TiC 颗粒局部增强铸造锰钢基、铸造45Mn2 钢基复合材料的硬度、耐磨性进行了研究。为上述两种TiCp 局部增强铸造钢基复合材料的应用,提供了可供参考的理论与技术依据。

论文目录:

第1章绪论

1.1 选题的背景、目的与意义

1.2 颗粒增强金属基复合材料的研究现状

1.2.1 基体与增强颗粒的选择

1.2.1.1 基体的选择原则

1.2.1.2 增强颗粒的选择原则

1.2.2 颗粒增强金属基复合材料的制备技术

1.2.2.1 外加增强颗粒法

1.2.2.1.1 喷射分散法

1.2.2.1.2 搅拌铸造法

1.2.2.1.3 铸渗法

1.2.2.1.4 悬浮浇注法

1.2.2.1.5 熔体浸渗复合工艺

1.2.2.1.6 喷射共沉积复合工艺

1.2.2.2 反应内生颗粒增强金属基复合材料制备技术

1.2.2.2.1 机械合金化技术

1.2.2.2.2 自蔓延高温合成技术

1.2.2.2.3 原位合成颗粒增强钢基铸造复合材料的方法

1.2.2.2.4 反应内生颗粒增强钢基表层梯度复合材料

1.2.2.2.5 自蔓延离心铸造法

1.2.2.2.6 放热弥散复合技术

1.2.2.2.7 接触反应合成技术

1.2.2.2.8 燃烧辅助铸造

1.2.2.2.9 反应自发浸渗

1.2.2.2.10 反应挤压铸造

1.2.2.2.11 液-液反应法

1.2.2.2.12 直接还原技术

1.2.2.2.13 直接金属氧化法

1.2.2.2.14 气-液反应法

1.2.2.2.15 反应喷射沉积法

1.3 原位增强颗粒的形成机理

1.4 本论文研究内容

第2章实验方法

2.1 实验原材料

2.2 实验方法

2.2.1 实验方法

2.2.2 复合材料的制备工艺

2.2.3 复合材料的热处理

2.3 差热分析

2.4 样品表征

2.4.1 X 射线衍射分析

2.4.2 扫描电镜和能谱分析

2.5 性能测试

2.5.1 硬度测试

2.5.1.1 宏观硬度测试

2.5.1.2 显微硬度测试

2.5.2 磨损实验

第3章反应合成TICP 的热力学

3.1 热力学计算方法

3.2 Fe-Ti-Al-C 体系中可能形成的化学反应

3.2.1 不同Al 含量对体系反应产物ΔG 的影响

3.2.2 不同C 含量对体系反应产物ΔG 的影响

3.2.3 不同Ti 含量对体系反应产物Δ G 的影响

3.2.4 温度一定不同溶质含量对体系反应产物ΔG 的影响

3.3 本章小结

第4章金属液内反应合成TICP 的动力学影响因素

4.1 金属液内Al-Ti-C 体系SHS 反应动力学影响因素

4.1.1 Al 含量对TiCp 尺寸的影响

4.1.2 Al 粉、Ti 粉、C 粉的粒度对TiCp 尺寸的影响

4.1.2.1 Al 粉粒度对TiCp 尺寸的影响

4.1.2.2 Ti 粉粒度对TiCp 尺寸的影响

4.1.2.3 C 粉粒度对TiCp 尺寸的影响

4.2 金属液内Fe-Ti-C-Al 体系SHS 反应的动力学影响因素

4.2.1 压坯紧实率对TiCp 增强区孔隙率的影响

4.2.1.1 增强区孔隙率的计算

4.2.1.2 压坯紧实率与压力变化的关系

4.2.1.3 压坯紧实率对增强区孔隙率的影响

4.2.2 含量对 TiCp 尺寸的影响

4.3 添加剂对 TiCp 尺寸及分布的影响

4.3.1 I#RE 对 TiCp 尺寸及分布的影响

4.3.2 Ca-Si 对 TiCp 尺寸及分布的影响

4.3.3 Cu 对 TiCp 尺寸及分布的影响

4.4 本章小结

第5章 TiCp 局部增强钢基复合材料的组织与硬度

5.1 TiCp 增强区铸态组织

5.1.1 Fe-Ti-C-Al 体系在锰钢熔体内 SHS 反应区铸态组织

5.1.2 Fe-Ti-C-Al 体系在45Mn2 钢熔体内 SHS 反应区铸态组织

5.2 锰钢基 TiCp 增强区铸态硬度的影响因素

5.2.1 Fe-Ti-C-Al 体系中 Ti-Fe 粉粒度对增强区铸态硬度的影响

5.2.2 Fe-Ti-C-Al 体系中 C 粉粒度对增强区铸态硬度的影响

5.2.3 Fe-Ti-C-Al 体系中 Al 含量对增强区铸态硬度的影响

5.3 45M112 钢及其 TiCp 增强区热处理后的硬度与组织

5.3.1 热处理对45M112 钢及其 TiCp 增强区硬度的影响

5.3.1.1 热处理工艺

5.3.1.2 淬火工艺对硬度的影响

5.3.1.3 回火对硬度的影响

5.3.2 TiCp 形貌及过渡区组织

5.4 Fe-Ti-C-Al 体系 SHS 反应 TiCp 增强区的显微硬度

5.4.1 TiCp 局部增强铸造锰钢基复合材料的显微硬度

5.4.2 TiCp 局部增强45Mn2 钢基复合材料的显微硬度

5.5 本章小结

第6章 TiCp 局部增强铸造钢基复合材料的磨损行为

6.1 Fe-Ti-C-Al 体系 SHS 反应 TiCp 增强铸造钢基复合材料的磨损失重及相对耐磨性

6.1.1 锰钢及其 TiCp 增强区磨损失重及相对耐磨性

6.1.2 45Mn2 钢及其 TiCp 增强区的磨损失重及相对耐磨性

6.2 Fe-Ti-C-A1 体系 SHS 反应 TiCp 增强铸造钢基复合材料磨损形貌

6.2.1 锰钢及其 TiCp 增强区的磨损形貌

6.2.2 45Mn2 钢及 TiCp 增强区热处理前后磨损形貌

6.3 本章小结

第7章结论

参考文献

攻博期间发表的学术论文及其它科研成果

摘要

ABSTRACT

致谢

发布时间: 2006-01-17

参考文献

[1].Cu-Ti-C/B4C体系燃烧合成行为及钢基复合材料的制备[D]. 梁云虹.吉林大学2008
[2].碳化钨颗粒/钢基表层复合材料热疲劳行为研究[D]. 山泉.昆明理工大学2013
[3].WC颗粒增强钢基复合材料的组织及性能研究[D]. 张宁.中国矿业大学2015
[4].Al-Ti-B4C体系燃烧合成行为及钢基复合材料的制备[D]. 邹兵林.吉林大学2009
[5].粉末冶金法制备陶瓷颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其性能[D]. 管丹丹.北京科技大学2018
[6].碳化钨/钢基表层复合材料基体组织改性及其界面连续性研究[D]. 黄汝清.昆明理工大学2013
[7].颗粒增强钢基复合材料的消失模液锻制备技术研究[D]. 宾仕博.北京交通大学2014

TiC颗粒局部增强铸造钢基复合材料的制备

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