原位VCp-Fe復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及熱處理工藝研究.pdf

1、本文通過(guò)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算，研究了原位VC<,p>/Fe復(fù)合材料中 VC 顆粒生成的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)條件；利用XRD、SEM、TEM，探討了復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)與 VC 顆粒的形貌、微觀結(jié)構(gòu)；研究了熱處理對(duì)復(fù)合材料組織與力學(xué)性能的影響及對(duì)耐磨耐蝕性能的影響，確定了 VC<,p>/Fe復(fù)合材料的最佳熱處理工藝。 熱力學(xué)計(jì)算表明，反應(yīng)摩爾焓AH對(duì)VC顆粒的生成影響不大，Gibbs自由能AG是影響反應(yīng)能否進(jìn)行的主要因素。在Fe-Cr-Ni

2、-V-C五元熔體中，生成Cr<,7>C<,3>的Gibbs自由能最低，低溫時(shí)(T<1579.8K)優(yōu)先生成，且抑制了其它鉻的碳化物的生成。當(dāng)T>1579.8K時(shí)，VC 的Gibbs自由能最低，隨著溫度的升高，VC 逐漸生成；當(dāng)溫度達(dá)到Cr<,7>C<,3>的熔點(diǎn)(1938K)時(shí)，Cr<,7>C<,3>分解，VC開始大量形核、長(zhǎng)大。 動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到了 VC 生成反應(yīng)在不同溫度下的反應(yīng)速率 k 與活化能 Ea(Ea=3.447×10

3、<,5>J/mol)，而且隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)速率逐漸降低。計(jì)算表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為1727℃時(shí) VC在1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化了90％。 XRD 分析表明，復(fù)合材料的基體為鐵素體和奧氏體雙相組織，增強(qiáng)相為V<,4>C<,3>，有少量的Cr<,7>C<,3>存在。TEM分析進(jìn)一步證明，增強(qiáng)顆粒為V<,4>C<,3>，并對(duì)其[011]方向上的電子衍射斑點(diǎn)進(jìn)行了指數(shù)標(biāo)定。深腐蝕后的SEM觀察表明，復(fù)合材料中增強(qiáng)顆粒V<,4>C<,3>在空間呈

4、球狀。對(duì)復(fù)合材料的顆粒粒徑分析表明，VC顆粒的體積分?jǐn)?shù)為9.487％，其粒徑分布為5～10＃m，平均粒徑為6.647μm。當(dāng)VC轉(zhuǎn)化80.74％時(shí)，基體含碳量為5.46％。 熱處理研究表明，VC 顆粒不隨熱處理工藝而改變；材料淬火后沒有得到馬氏體，其硬度基本沒有變化，但沖擊韌性顯著提高(α<,k>=15.3J/era<,2>)，而且復(fù)合材料的沖擊韌性隨著淬火保溫時(shí)間延長(zhǎng)而提高；高溫退火使材料的基體由 Y-Fe 轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，鉻的