合金元素对TiC/Fe钢基表面复合材料的影响

论文摘要

由于具有降低成本、提高性能和简化工艺等优点，近年来铸件表面复合材料的研究和应用得到越来越多的重视。本文利用自蔓延高温合成技术（SHS）结合铸造技术，制备了TiC颗粒增强钢基表面复合材料的技术，重点研究加入Mn、Cr等合金元素，以及进行热处理对复合材料组织和性能的影响。本文在压力30MPa，真空度为-0.06MPa条件下，利用SHS制备TiC／Fe钢基表面复合材料，同时在SHS压坯中分别加入5％、15％、20％的MnFe粉和10％、20％、30％、40％的CrFe粉。观察分析加入不同含量的合金元素Mn、Cr后，制备的TiC／Fe复合材料组织和性能的变化，特别是TiC／Fe复合材料中TiC颗粒的变化对复合材料及基底硬度的影响。并进行适当的热处理，进一步观察研究热处理对SHS复合材料内部组织的影响及TiCx颗粒的x值的变化。控制基体的组织和性能，研究合金元素Mn、Cr对TiC／Fe复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明：由于加入MnFe、CrFe合金元素使SHS高温自蔓延反应过程中的温度明显降低，这就使加入MnFe、CrFe合金元素的和未加入MnFe、CrFe合金元素的SHS高温自蔓延反应生成的复合材料组织内部颗粒大小、形态、性能都随之发生变化。研究表明，合金元素Mn、Cr存在于合金渗碳体和Fe基体中，作为一种稀释剂，有明显细化TiC颗粒的作用，且合金元素Cr细化TiC颗粒的作用比加入合金元素Mn更明显。合金元素MnFe、CrFe的加入降低了压坯单位体积中Ti的含量，从而导致自蔓延高温合成（SHS）TiC／Fe钢基表面复合材料的硬度降低，但由于合金元素Mn、Cr向基底扩散和生成合金渗碳体，提高了基底的硬度，可以改善整体材料的硬度梯度。TiC／Fe复合材料的TiC颗粒在热处理中部分分解，热处理后复合材料和基底整体硬度变化不大，这是因为TiC分解后的Ti和C元素又重新在基体中生成了二次细小的TiC颗粒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 自蔓延高温合成技术概述
• 1.1.1 自蔓延高温合成技术的起源及技术特点
• 1.1.2 自蔓延高温合成技术研究历史及现状
• 1.2 碳化钛的制备及研究现状
• 1.2.1 碳化钛制备方法
• 1.2.2 碳化钛特点及研究现状
• 1.3 TiC/Fe复合材料的研究及现状
• 1.3.1 TiC/Fe复合材料的最新进展
• 1.3.2 TiC/Fe复合材料高温化学反应的热力学研究
• 1.3.3 TiC/Fe复合材料的存在的问题及发展趋势
• 1.4 本论文研究内容及意义
• 1.4.1 论文的主要内容
• 1.4.2 论文研究的目的及意义
• 第二章 实验方案及方法
• 2.1 试验设备
• 2.1.1 压块模具
• 2.1.2 抽真空装置
• 2.1.3 浇注砂型
• 2.2 试验材料
• 2.3 相关计算
• 2.4 试验准备
• 2.5 试验过程
• 2.5.1 SHS制备TiC/Fe钢基表面复合材料的工艺流程
• 2.5.2 实验过程中温度的监控
• 2.5.3 试样的制备及观察
• 2.5.4 热处理对复合材料层的影响
• 第三章 合金元素Mn对TiC/Fe复合材料组织的影响
• 3.1 不同含量MnFe的复合材料组织的金相分析
• 3.2 复合材料组织的扫描电镜和能谱分析
• 3.2.1 复合材料组织的扫描电镜分析
• 3.2.2 复合材料组织的能谱分析
• 3.3 复合材料组织的相分析
• 3.4 含Mn复合材料与基底间界面的分析
• 3.4.1 界面组织金相对比观察
• 3.4.2 界面元素分析
• 3.5 材料硬度
• 3.6 本章小结
• 第四章 合金元素Cr对TiC/Fe复合材料组织的影响
• 4.1 不同含量CrFe的复合材料组织的金相分析
• 4.2 复合材料的扫描电镜和能谱分析
• 4.2.1 复合材料的扫描电镜分析
• 4.2.2 复合材料组织的能谱分析
• 4.3 复合材料组织的相分析
• 4.4 复合材料与基底界面的元素分析
• 4.5 材料硬度
• 4.6 本章小结
• 第五章 热处理对TiC/Fe复合材料组织的影响
• 5.1 热处理的目的
• 5.2 热处理后TiC的变化
• 5.2.1 含合金元素Mn的TiC颗粒
• 5.2.2 含合金元素Cr的复合材料中TiC颗粒的变化
• 5.3 硬度的变化
• 5.4 热处理对复合材料层中TiC颗粒的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文:
• 致谢