wc颗粒增强钢铁基表层复合材料气-固两相冲蚀磨损性能

wc颗粒增强钢铁基表层复合材料气-固两相冲蚀磨损性能

冲蚀磨损是指材料受到小而缓慢的流动颗粒的影响而表面损坏的现象。这是许多工业领域材料破坏的形式之一。在冲蚀磨损中，材料在小角度上的损伤时应表现出坚硬的度，在大角度上的弯曲时应表现出较高的耐腐蚀性。wc-key钢表面活性剂的发展为创造新的抗碱材料提供了新的方法。在两体磨损和三体磨损的条件下，wc-key钢表面活性剂的抗侵蚀性优于铬铸铁，在抗蚀性中，材料的冲蚀性由材料的基本机械性能控制。在两相干扰的条件下，金属甲基氧化物的冲蚀磨损率随sec-fe3的体积比例的增加而降低。在这种情况下，本研究的结果表明，在wc-key-key-mol摩擦下，钢表面活性剂的侵蚀行为应受到小而轻的侵蚀的影响，为工业选择奠定基础。1实验部分1.1复合胶结充填材料的组织形貌基体材料选用ZG45钢,用株洲硬质合金厂产铸造WC颗粒为增强相,颗粒直径为600~850μm、425~600μm、250~425μm和188~250μm,铸型为水玻璃石英砂干型.称取一定量WC颗粒加入占WC颗粒质量分数1%~3%的复合剂和适量水中混合均匀,铺敷在铸型的特定位置,随铸型一起烘干即可浇注.浇注温度约为1630℃.采用NEOTHOT-21型显微镜观察复合材料的金相组织形貌.1.2冲蚀磨损试验冲蚀磨损性能试验在西安交通大学焊接研究所自行设计组装的颗粒冲蚀磨损试验机上进行,试验机结构原理示意图见图1,喷嘴距试样表面约2组织区域的划分试验所得试样复合层的厚度约为6mm.图2和图3所示为复合材料试样断面组织形貌金相显微照片.从图2可见,WC颗粒增强钢基表层复合材料的断面组织包含复合层、过度层和基体3个不同的组织区域.因为在高温浇注下,WC颗粒表面溶解于液态钢水中,W、C在液态钢水中进一步扩散迁移,从而在一定程度上改变了碳化钨颗粒周围一定范围内的液态金属成分,增加了液态金属中碳和钨的含量,凝固后所得不同于原有基体的金相组织,导致原始配方为亚共析成分的钢基体变为共析甚至过共析成分(如图3所示),复合层的组织由碳化钨颗粒、含钨碳化物(W、Fe)xCy和层片状珠光体组成,在WC颗粒的周围存在明显的溶合层,WC颗粒与基体之间呈冶金结合.2.1冲蚀角的影响图4所示为冲蚀角为45°时WC颗粒直径对复合材料冲蚀磨损率的影响.可见,在冲蚀角为45°时,增强相颗粒直径越大,复合材料的磨损率越高,抗冲蚀磨损性能越差.当WC颗粒直径为188~250μm时,复合材料的抗冲蚀磨损性能最佳.图5示出了冲蚀角对复合材料和ZG45钢冲蚀磨损率的影响.可见,复合材料在冲蚀角为45°时的冲蚀磨损率最大,而ZG45钢在冲蚀角为15°~30°范围内时的冲蚀磨损率达到最大值,此后随着冲蚀角增加而减小.比较复合材料和ZG45钢的冲蚀磨损率可以看出:在较小冲蚀角(15°左右)下,复合材料的冲蚀磨损率小于ZG45钢,说明复合材料抗冲蚀磨损性能优于ZG45钢;在较大冲蚀角(≥30°)时,复合材料的冲蚀磨损率大于ZG45钢.2.2冲蚀磨损作用图6所示为WC颗粒增强钢基复合材料磨损表面形貌的SEM照片.可以看出,当冲蚀角为45°时,基体材料表面存在明显沟渠及翘起现象,WC颗粒略突出基体材料,边缘有损坏特征,表明基体的磨损速度较颗粒快.当冲蚀角为90°时,WC颗粒略低于基体材料,表明颗粒的磨损速度较基体快.塑性材料和脆性材料的抗冲蚀磨损机制不同.塑性材料在15~30°冲蚀角时,冲蚀磨损率出现最大值,而脆性材料在一般情况下最大冲蚀磨损率在接近90°冲蚀角处.以铸渗法所制备的WC颗粒增强钢基复合材料,由于WC颗粒与钢液的润湿性良好且在液态下实现颗粒与钢基体的结合,因而,颗粒与钢基体之间的界面结合良好.但是,由于热失配的缘故,在颗粒与钢基体之间的界面两侧存在很大残余应力和应变.在冲蚀磨损过程中,磨粒所具有的初动能是造成材料冲蚀磨损的根源.磨粒的初动能可分为水平初速度和垂直初速度2部分,而其作用不同.磨粒初速度的水平分量对材料表面进行切削、犁削,并对突出于(或尚未突出于)基体的WC颗粒进行侧向撞击而使其碎裂.磨粒初速度的垂直分量造成材料表面应力应变的加剧直至部分材料剥落.冲蚀磨损过程包含被冲蚀材料的变形位移和已变形位移部分的脱落.复合材料的高硬度对抵抗变形位移有利,但其较低的韧性对抵抗已经变形位移部分的脱落则不利.二者共同作用结果将决定材料的冲蚀磨损率.试验所用磨料为石英砂,其硬度为840~1100HV,与WC相比为软磨料,相对于基体材料而言为硬磨料.对于ZG45钢,随着冲蚀角增加,磨粒的切削作用减小,垂直撞击作用对ZG45钢的磨损作用不大,故磨损量开始减小,也就是耐磨性增强.对于WC颗粒增强钢基复合材料来说,随着冲蚀角增加,由垂直分量的撞击作用使WC颗粒碎裂脱落的倾向加剧,水平分量的切削作用使基体材料被切削,在二者共同作用下,在45°冲蚀角时冲蚀磨损率出现最大值.3冲蚀磨损率比较a.在相同的冲蚀角条件下,增强相WC颗粒的直径越大,复合材料的磨损率越高,耐磨性越差.在本文试验条件下,当颗粒直径为188~250μm时,复合材料的耐磨性最佳.b.复合材料的冲蚀磨损率在冲蚀角为45°时最大,而ZG45钢的冲蚀磨损率在冲蚀角为15°~30°的范围内达到最大值,此后随着冲蚀角增加而减小.c.在较小冲蚀角(15°左右)条件下,复合材料的抗冲蚀磨损性能优于ZG45钢,在较大冲