碳化物增強鉬合金的組織與性能研究.pdf

1、鉬及其合金具有良好的高溫力學性能，被廣泛應用在冶金、機械加工、航空航天以及核能工業(yè)等領域。傳統(tǒng)的鉬合金由于硬質相較少，已經(jīng)日漸不能滿足在高溫摩擦領域的應用。碳化物增強鉬合金是近些年來國內外研究的一個方向，碳化物具有較高的熔點和硬度，作為增強相能夠很好的改善鉬合金的磨損性能。本課題主要研究內容分為兩個部分：首先探索研究了添加 Ti、Nb、Cr、C原位合成碳化物增強鉬合金的工藝以及合金的組織結構，其次采用直接添加碳化物的方式制備了TiC/M

2、o、NbC/Mo、Cr/Mo、TiC-Cr/Mo、NbC-Cr/Mo五種鉬合金，研究了這五種合金的組織結構與磨損性能。
　　本研究主要內容包括：⑴在添加Nb、Cr、Ti以及C的鉬合金基體中，Nb和Cr都會在鉬中發(fā)生固溶，隨著其添加量的增加，固溶量也會相應增加。Nb的固溶會使鉬晶格發(fā)生膨脹畸變， Cr的固溶會使鉬晶格發(fā)生收縮畸變。在鉬合金的基體上分布著大量的第二相顆粒，第二相顆粒以氧化物為主，氧化物有復合型的 CrNbO4和單一型的

3、 TiO2、NbO2。熱力學分析表明也可能生成碳化物，但是XRD分析檢測不到碳化物，由此可見即使生成碳化物，其含量也會很少。⑵單獨添加TiC時，鉬的晶粒尺寸隨著TiC添加量增加而減小，TiC在燒結過程中會形成釘扎作用阻礙鉬晶粒長大，對鉬晶粒有著很好的細化作用，可以使鉬的晶粒達到10μm以下，同時細晶強化能使鉬基體硬度得到提高，最高達到319HV。⑶單獨添加NbC和Cr時，鉬基體晶粒尺寸均會發(fā)生長大，NbC/Mo、Cr/Mo合金的晶粒尺寸

4、均達到50μm以上，不同的是鉬晶粒尺寸隨著NbC添加量的增加而減小，隨著Cr添加量的增加而變大。晶粒長大的原因是Cr和Nb在鉬中發(fā)生固溶，形成固溶體后，液相線溫度降低，原子擴散激活能降低，使初生固溶體相晶粒容易長大。由于NbC只會部分溶解，未溶解的NbC會在晶界上起到釘扎作用阻礙晶粒長大，因此鉬晶粒隨著NbC含量的增加又會減小。單獨添加Cr時，固溶強化的作用會使鉬合金硬度提升較大，最高達到379HV，而加入NbC對鉬基體硬度基本沒有提升

5、。⑷TiC-Cr/Mo合金的晶粒尺寸隨著TiC含量的增加逐漸變小，NbC-Cr/Mo合金的晶粒尺寸隨著NbC含量的增加逐漸變大。TiC-Cr/Mo合金和NbC-Cr/Mo合金的硬度比 TiC/Mo、NbC/Mo、Cr/Mo這三種合金要高，TiC-Cr/Mo合金硬度最高達到509HV，NbC-Cr/Mo合金硬度最高達到393HV。⑸室溫下，單獨添加TiC、NbC、Cr對鉬合金耐磨性能的提升不大。500℃氧化條件下：TiC含量低于3％時，鉬