原位燒結(jié)合成（Ti，V）C-Fe復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)與熱處理研究.pdf

1、顆粒增強(qiáng)鋼鐵基復(fù)合材料能夠?qū)⑻沾刹牧虾弯撹F材料的優(yōu)點(diǎn)融為一體，是耐磨材料、摩擦材料、高溫合金及工具材料的理想應(yīng)用對(duì)象。由于原位反應(yīng)合成法的一項(xiàng)突出優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)體表面無(wú)污染，避免了與基體相容性不良的問(wèn)題，且界面結(jié)合強(qiáng)度高，因此近年來(lái)有大量研究集中在原位反應(yīng)法制備鋼鐵基復(fù)合材料。其中基于鑄造法和SHS技術(shù)的居多，而結(jié)合了粉末冶金和原位反應(yīng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的原位燒結(jié)技術(shù)的報(bào)道并不多見(jiàn)。相比之下，原位燒結(jié)技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：材料外觀好，無(wú)后續(xù)加工或后續(xù)加工

2、少；可采用液相燒結(jié)技術(shù)，材料致密化好；增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)可以較大；與釬涂技術(shù)結(jié)合，可制取表面復(fù)合材料等優(yōu)點(diǎn)。因此原位燒結(jié)法制備鋼鐵基復(fù)合材料是一個(gè)值得研究的領(lǐng)域。 TiC和VC均具有高硬度、高模量、高熔點(diǎn)、熱力學(xué)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，因而被廣泛用作復(fù)合材料的增強(qiáng)相。此外，釩在鋼中常被用來(lái)細(xì)化鋼的組織，提高晶粒粗化溫度，降低鋼的過(guò)熱敏感性，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。在熱處理中，釩溶入奧氏體時(shí)能增加鋼的淬透性，回火時(shí)釩延緩馬氏體分解，提高鋼的回火抗

3、力，更重要的是，回火時(shí)釩有強(qiáng)烈的二次硬化作用。在以往的研究中，多采用TiC作鋼鐵基復(fù)合材料的增強(qiáng)相，用VC作增強(qiáng)相的研究很少。用原位燒結(jié)法制備鋼鐵基復(fù)合材料，并且用TiC和VC復(fù)相增強(qiáng)的報(bào)道更是沒(méi)有。 因此，本研究綜合TiC、VC和V的優(yōu)點(diǎn)，以鈦粉、鐵粉、釩鐵粉、鉻鐵粉、鉬鐵粉及石墨粉為原料，采用原位燒結(jié)技術(shù)制備了(Ti,V)C.Fe復(fù)合材料，著重對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和熱處理問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)，TiC/Fe、(Ti，V)

4、C/Fe復(fù)合材料的最佳燒結(jié)溫度分別是1420℃、1400℃。燒結(jié)所制得的復(fù)合材料致密化程度高，Ti和V反應(yīng)程度高，無(wú)Fe<,2>Ti等有害相存在。Fe-Ti-V-C反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程為：在765℃左右發(fā)生釩的碳化反應(yīng)FeV+C=VC+α-Fe，1140．4℃時(shí)達(dá)到TiC反應(yīng)的著火點(diǎn)反應(yīng)生成TiC，在隨后的燒結(jié)中，TiC和VC形成(Ti,V)C固溶體，(TiN)C顆粒在液相中根據(jù)Gibbs-Thomson效應(yīng)按照小顆粒不斷溶解，大顆粒相應(yīng)粗

5、化的模式長(zhǎng)大。形成(Ti，V)C固溶體后，隨著V/Ti比提高會(huì)使(Ti,V)C在鐵中的溶解度增大，(Ti，V)C和基體之間的交互作用增強(qiáng)。因此(Ti,V)C增強(qiáng)相顆粒的形態(tài)比TiC規(guī)則，隨著V/Ti比提高，(Ti,V)C顆粒趨于球形，并逐漸長(zhǎng)大。增強(qiáng)相(Ti，V)C和基體之間存在的交互作用促進(jìn)了基體的合金化，改變了基體的名義成分，并提高了增強(qiáng)相顆粒和基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。 TiC/Fe、(Ti，V)C/Fe復(fù)合材料燒結(jié)態(tài)基體為

6、珠光體組織。經(jīng)淬火后材料具有良好的淬硬性，硬度由燒結(jié)態(tài)的HRA81提高到HRA84～87。經(jīng)適當(dāng)溫度淬火后形成針狀馬氏體+殘余奧氏體+硬質(zhì)相的組織。V/Ti比提高則淬硬性提高。TiC/Fe、(Ti,V)C/Fe復(fù)合材料具有較好的回火穩(wěn)定性。各試樣淬硬性的差別以及試樣回火穩(wěn)定性好主要是由于硬質(zhì)相和基體在燒結(jié)和熱處理過(guò)程中存在交互作用，改變了基體中C和合金元素的含量。(Ti,V)C/Fe復(fù)合材料在450～550℃回火有二砍硬化現(xiàn)象，系彌散析

7、出M<,7>C<,3>(Fe,Cr)<,7>C<,3>)碳化物和“二次淬火”所致。 V的固溶改變(Ti,V)C固溶體的密度，在增強(qiáng)相質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變的情況下，改變了增強(qiáng)相的體積分?jǐn)?shù)。通過(guò)調(diào)整V含量可以調(diào)整(Ti,V)C/Fe復(fù)合材料增強(qiáng)相的形態(tài)、大小及體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)而調(diào)整(Ti,V)C/Fe復(fù)合材料的機(jī)械性能。隨著V/Ti的提高，增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)減小，硬質(zhì)相顆粒直徑增大，復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度減小。隨著V/Ti提高,硬質(zhì)相體積分?jǐn)?shù)下降，耐磨性