铸铁表面合金化消失模铸渗法及合金层组织性能的研究

论文摘要

表面合金化是提高金属表面性能最有效的办法。渗金属工艺是常用的能够提高金属表面性能的表面合金化方法之一,但是这种工艺方法具有处理时间长、处理温度高、渗层浅等缺点。本文用消失模铸渗的方法来实现铸铁表面合金化,消失模铸渗法具有不使用芯子、铸件设计的灵活性大、铸件表面平整等优点。该工艺方法利用铸件凝固余热熔化涂层使其与基体之间发生相互扩散,实现冶金结合,在铸件表面形成铸渗合金层,与渗金属工艺相比具有操作简便,生产成本低,合金层厚度大等优点。本文用消失模铸渗的工艺制备了铸铁表面碳化钛耐磨合金层,实现了铸铁表面的合金化。研究了涂层厚度不同对铸件表面宏观质量及合金层厚度的影响;铸渗涂层浇注位置不同时,铸件表面宏观形貌的差别。利用X-射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、能谱仪等现代化分析手段研究了合金层化学成分和显微组织结构。另外,本文还对表面耐磨合金层和基体进行了对比磨损实验,通过对其表面磨损形貌的分析和磨损过程中的磨损失重的计算比较,阐述了磨损机理,说明了铸渗合金层耐磨性提高的原因。结果表明:用消失模铸渗工艺可以制备铸铁表面铸渗合金层,合金层与基体之间没有明显的分界线,其结合方式为冶金结合。靠近合金层处的片状石墨比基体的少,合金层和基体之间形成了过渡层,过渡层中也存在钛元素,表明合金层和基体之间发生了相互扩散;相同磨损行程情况下,合金层的耐磨失重明显比基体的磨损失重小,合金层的磨损性能约为灰铸铁基体的7.4倍。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 表面合金化
• 1.2 表面合金化-铸渗工艺
• 1.2.1 铸渗工艺发展过程
• 1.2.2 铸渗工艺的基本原理和特点
• 1.2.2.1 铸渗工艺的基本原理
• 1.2.2.2 表面合金化-铸渗工艺的特点
• 1.2.3 铸渗工艺的分类
• 1.2.3.1 普通铸渗工艺
• 1.2.3.2 V 法铸渗工艺
• 1.2.3.3 消失模真空铸渗工艺
• 1.2.4 铸渗机理和组织的探讨
• 1.2.4.1 铸渗机理的进展
• 1.2.4.2 铸渗组织
• 1.2.5 铸渗工艺的影响因素和发展
• 1.2.5.1 铸渗工艺的影响因素
• 1.2.5.2 铸渗工艺的发展
• 1.3 消失模铸造法
• 1.4 课题背景及研究意义
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 消失模铸渗涂层的制备
• 2.1 实验设备
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 基体材料的选取
• 2.2.2 铸渗涂层成分的设计
• 2.2.2.1 铸渗涂层中合金颗粒的选择
• 2.2.2.2 粘结剂和复合熔剂的选择
• 2.2.2.3 铸渗涂层及其配比的设计
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 消失模的准备
• 2.3.2 铸渗涂层各成分的混合
• 2.3.3 铸渗涂层和涂料的制备
• 2.3.4 造型和浇注
• 2.3.5 铸渗涂层厚度的设计
• 第三章 铸渗合金层组织及成分分析
• 3.1 铸渗合金层的宏观质量检测
• 3.1.1 不同浇注位置铸渗合金层的表面质量
• 3.1.2 不同厚度铸渗合金层的表面质量
• 3.1.3 涂挂耐火涂料的合金层的表面质量
• 3.2 铸渗合金层微观组织和成分分析方法
• 3.3 铸渗合金层微观组织形貌及分析
• 3.3.1 铸渗合金层的微观组织形貌
• 3.3.2 铸渗合金层与基体界面处成分分析
• 3.3.2.1 XRD 分析
• 3.3.2.2 能谱分析
• 3.4 小结
• 第四章 铸渗合金层耐磨性能的研究
• 4.1 摩擦的种类及机理
• 4.2 金属的磨损
• 4.3 实验方法及过程
• 4.4 实验结果及分析
• 4.4.1 合金层和基体的表面磨损形貌
• 4.4.2 磨损表面形貌的分析
• 4.4.3 磨损量
• 4.5 小结
• 第五章 铸渗过程中的动力学分析
• 5.1 反应过程中动力学的影响因素
• 5.1.1 毛细阻力
• 5.1.2 粘滞阻力
• 5.1.3 空气阻力
• 5.1.4 重力和凝固阻力
• 5.2 动力学模型的建立
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢