硬质合金/钢双金属复合材料的制备及组织、性能研究

论文摘要

本文在以往钢/铁基双金属复合材料研究的基础上,采用两种新的工艺方法制备了硬质合金增强钢基耐磨材料。方法一利用电磁感应加热的特点,对钢材进行型内加热,使其熔渗到铸型底部布置的硬质合金棒间隙中,获得硬质合金与钢的冶金复合（暂称这种工艺为感应熔渗工艺）,并通过调整硬质合金棒间距对复合材料的制备工艺进行探讨。方法二利用堆焊技术的特点,将均匀排列、适当间距的硬质合金棒层层堆焊到低碳钢中,获得硬质合金与钢的冶金复合。应用光学显微镜、SEM、FE-SEM、EDX、XRD等手段对复合材料的显微组织、界面结构、物相组成进行了分析,并对界面结合机理进行了探讨;对不同方法及具体工艺下制备的各复合材料进行了硬度测试分析;最后,在常温三体磨料磨损实验机中,对选取的一组复合材料试样进行磨损实验,并与正火45钢作对比,磨损后,对各试样的磨损形貌及磨损机理进行分析。研究结果表明,通过两种制备工艺均能成功制备出硬质合金/钢双金属复合材料,获得硬质合金与钢基体间的冶金结合。感应熔渗工艺中,随着硬质合金棒间距的减小,熔渗时间需要延长,并且所得复合材料中硬质合金棒表层热影响区将增大。堆焊复合工艺中,所得复合材料的硬质合金与钢基体间存在一个明显的熔焊层。XRD测试表明,两种工艺方法制得的复合材料中,均有新相Co3W3C形成。硬度测试表明,各复合试样中,硬质合金与钢基体间存在硬度过渡区;硬质合金棒面上未受热影响的区域仍保留原始硬度。石英砂磨料磨损工况下,在载荷3.65kg时,感应熔渗工艺制得复合材料的耐磨性能最大为45钢的3.33倍（堆焊复合材料为2.7倍）,随着载荷的加大,复合材料相对耐磨性能提高,在载荷5.25kg时,相对耐磨性最大达到45钢的4.88倍（堆焊复合材料为3.7倍）。磨损形貌分析表明,复合材料钢基体区的磨损机理以显微切削和微观犁沟为主,而硬质合金区磨损机理以疲劳磨损为主。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 硬质合金概述
• 1.2.2 国内外双金属复合铸造工艺的应用及研究现状
• 1.2.3 双金属复合材料界面结合机理
• 1.3 本课题的研究内容及意义
• 2 电磁感应熔渗法制备硬质合金/钢双金属复合材料
• 2.1 电磁感应加热的原理及特点
• 2.1.1 电磁感应加热基本原理
• 2.1.2 电磁感应加热的趋肤效应和电流透入深度
• 2.1.3 电磁感应加热的主要优点
• 2.2 电磁感应熔渗工艺的提出
• 2.3 试验材料、设备及方法
• 2.3.1 试验材料
• 2.3.2 主要设备及仪器
• 2.3.3 试验方法
• 2.4 试验结果与分析
• 2.4.1 试验结果
• 2.4.2 复合材料组织、形貌分析
• 2.4.3 XRD测试分析
• 2.4.4 硬质合金/钢界面结合机理
• 2.4.5 复合材料的硬度测试结果
• 2.5 本章小结
• 3 堆焊法制备硬质合金/钢双金属复合材料初探
• 3.1 堆焊技术
• 3.1.1 堆焊技术的发展及特点
• 3.1.2 堆焊技术的应用
• 3.1.3 堆焊法制备硬质合金/钢复合材料的提出
• 3.2 试验材料、设备及方法
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 主要试验设备及仪器
• 3.2.3 试验方法
• 3.3 试验结果及分析
• 3.3.1 试验结果
• 3.3.2 复合材料组织及形貌分析
• 3.3.3 XRD测试分析
• 3.3.4 堆焊复合材料界面结合机理
• 3.3.5 复合材料的硬度测试结果
• 3.4 本章小结
• 4 硬质合金/钢双金属复合材料的三体磨料磨损特性
• 4.1 磨料磨损试样制备、实验装置及实验步骤
• 4.1.1 试样的制备
• 4.1.2 实验装置
• 4.1.3 实验步骤及数据处理方法
• 4.2 磨损实验结果及分析
• 4.2.1 感应熔渗硬质合金/钢复合材料实验结果
• 4.2.2 堆焊复合试样实验结果
• 4.3 磨损形貌及磨损机理分析
• 4.4 复合材料磨损模型的讨论
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 发表论文情况