型内高温合成颗粒增强铸造钢基复合材料

论文摘要

采用传统重力铸造方法制备的颗粒增强钢基复合材料,尽管在增强颗粒体积分数较少时（如5-6wt.%）能够提高其强度,但是由于熔体的粘度随颗粒体积分数的增加而增加,因此难以制备出具有高体积分数增强体的高质量颗粒增强铸造钢铁基复合材料。为了使制备的颗粒增强铸造钢铁基复合材料能够适应工业应用的低成本、并具有良好性能的要求,本文旨在应用传统铸造工艺的基础上开发出适于在钢液内发生高温合成反应生成TiC 颗粒的反应体系,并采用将反应预制块预放在铸型内部,利用钢液高温引发预制块反应的方法,制备出原位内生TiC 颗粒局部增强铸造钢基复合材料。本研究采用Al-Ti-Fe-C 反应体系和传统铸造工艺相结合的方法成功地制备出了TiCp/Fe 复合材料并具有良好的耐磨性能。利用低价的Ti-Fe 粉末来代替价格较高的纯Ti 降低了制备复合材料的成本;提供了可广泛应用的制备TiC增强颗粒铸造钢基复合材料的反应体系;并研究了Cu、CaSi、Re1#等添加剂对原位形成TiCp 形貌和对复合材料性能的影响。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 颗粒增强金属基复合材料的制备方法
• 1.2.1 外加颗粒增强金属基复合材料的制备方法
• 1.2.1.1 固态法
• 1.2.1.1.1 粉末冶金法
• 1.2.1.1.2 热轧法
• 1.2.1.2 液态法
• 1.2.1.2.1 铸造法
• 1.2.1.2.1.1 搅拌铸造法
• 1.2.1.2.1.2 中间合金法
• 1.2.1.2.2 喷射法
• 1.2.1.2.3 熔体浸渗工艺
• 1.2.1.3 半固态合金铸造法
• 1.2.2 原位颗粒增强金属基复合材料的制备技术
• 1.2.2.1 原位复合技术的产生和发展
• 1.2.2.2 原位颗粒增强金属基复合材料的制备技术
• 1.2.2.2.1 固-固反应法
• 1.2.2.2.1.1 机械合金化（MA）
• 1.2.2.2.1.2 反应热压（RHP）
• 1.2.2.2.2 固-液反应法
• 1.2.2.2.2.1 自蔓延高温合成（SHS）
• 1.2.2.2.2.2 放热弥散法（XD）
• 1.2.2.2.2.3 接触反应法（DRS）
• 1.2.2.2.2.4 反应自发浸渗（RSI）
• 1.2.2.2.2.5 反应挤压铸造（RSC）
• 1.2.2.2.3 液-液反应法
• 1.2.2.2.4 气-液反应法
• 1.2.2.2.4.1 直接金属氧化（DIMOX）
• 1.2.2.2.4.2 非氧化气体法（NOG）
• 1.3 选题意义与研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 试验方案及技术路线
• 2.2.1 试验方案
• 2.2.1.1 实验一
• 2.2.1.2 实验二
• 2.2.1.3 实验三
• 2.2.2 技术路线
• 2.2.2.1 局部增强铸造钢基复合材料的制备
• 2.2.2.2 技术路线
• 2.3 差热分析实验
• 2.4 成分及组织分析
• 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
• 2.5.2 磨损实验
• 第3章 钛铁-Al-C 体系的热力学计算
• 3.1 热力学计算
• 3.2 各溶质组元之间相互作用系数的计算原理
• 3.2.1 计算原理
• 3.2.2 真实溶液的溶质的化学势与标准化学式的关系
• 3.3 钛铁-Al-C 体系中可能的化学反应和吉布斯自由焓的计算
• 3.3.1 Ti 与C 之间的反应
• 3.3.2 计算 Fe-4Ti-2C-2Al 体系的△G （1873K）
• 3.3.3 计算 Fe-4Ti-2C-4Al 体系的△G （1873K）
• 3.3.4 计算 Fe-4Ti-2C-6Al 体系的△G （1873K）
• 3.4 本章小结
• 第4章 钛铁-Al-C 体系DTA 和XRD 分析
• 4.1 Al-钛铁-C 体系DTA 分析
• 4.1.1 Al、Ti-Fe 和C 的反应
• 4.1.2 XRD 分析结果
• 4.2 实验结果
• 第5章 原位铸造钢基复合材料的组织观察
• 5.1 引言
• 5.2 典型的TiC/Fe 复合材料铸态组织
• 5.3 反应压坯紧实率对复合材料的影响
• 5.4 不同Al 及添加剂含量对TiC 颗粒尺寸及分布的影响
• 5.4.1 Al 含量对TiC 颗粒尺寸及分布的影响
• 1#对TiC 颗粒尺寸及分布的的影响'>5.4.2 添加剂Re¹#对TiC 颗粒尺寸及分布的的影响
• 5.4.3 添加剂CaSi 对TiC 颗粒尺寸及分布的影响
• 5.4.4 添加剂Cu 对TiC 颗粒尺寸及分布的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 复合材料的硬度及其磨粒磨损行为
• 6.1 原位TiCp/Fe 复合材料的力学性能
• 6.1.1 硬度
• 6.2 原位TiC 颗粒增强锰钢复合材料的磨粒磨损行为
• 6.2.1 密度和孔隙率
• 6.2.2 添加剂对耐磨性的影响
• 6.2.2.1 Al 含量对耐磨性的影响
• 6.2.2.2 CaSi 含量对耐磨性的影响
• 1#对耐磨性的影响'>6.2.2.3 Re¹#对耐磨性的影响
• 6.2.2.4 Cu 的不同含量对耐磨性的影响
• 6.2.2.5 磨损实验数据及分析
• 6.3 复合材料的磨损形貌
• 6.4 本章小结
• 第7章 结 论
• 参考文献
• 摘要
• Abstract
• 致谢