納米結(jié)構(gòu)珠光體鋼絲及其復(fù)合材料三體磨料磨損特性的研究.pdf

1、本文利用TEM、X-ray測(cè)試技術(shù)，通過(guò)對(duì)強(qiáng)烈冷拉伸塑性變形下珠光體鋼絲材微觀結(jié)構(gòu)組織特征的演變，研究了：(1)強(qiáng)烈冷拉塑性變形下，珠光體鋼顯微組織的演變特征；(2)納米結(jié)構(gòu)組織的形成機(jī)制；(2)退火處理對(duì)微觀組織結(jié)構(gòu)及性能的影響；(3)珠光鋼絲的強(qiáng)化機(jī)制。在本文中，還介紹了納米結(jié)構(gòu)絲材增強(qiáng)聚氨酯(PU)耐磨復(fù)合材料的制備工藝；利用自制三體磨料磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試復(fù)合材料的耐磨性能；利用SEM測(cè)試技術(shù)對(duì)磨損形貌進(jìn)行分析，討論復(fù)合材料的三體磨料

2、磨損機(jī)理。 強(qiáng)烈冷拉塑性變形條件下，珠光體鋼(72A鉛浴態(tài))組織中的鐵素體演變?yōu)槌?xì)晶、納米晶。變形過(guò)程中，鐵素體的多數(shù)滑移系開(kāi)啟，晶體在不同滑移系滑動(dòng)導(dǎo)致了鐵素體發(fā)生了嚴(yán)重的細(xì)化；隨著變形量的進(jìn)一步增加，晶粒發(fā)生變形、畸變，形成很多的亞晶粒，鐵素體中滑移開(kāi)啟的這些晶面的衍射譜逐步轉(zhuǎn)化為環(huán)狀，這也表明了鐵素體的小角度晶界已多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?。大角度晶界的形成可能是由于柏氏矢量平行于晶界面的的可滑?dòng)或剪切位錯(cuò)數(shù)量增加，導(dǎo)致晶粒發(fā)

3、生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而小角度晶界演變成為大角度晶界。 強(qiáng)烈冷拉塑性變形條件下，珠光體組織中的大部分滲碳體片也已演變?yōu)榧{米尺度晶粒。拉伸變形過(guò)程中，滲碳體在拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生變形(如彎曲等)、減薄、頸縮和斷裂；在拉伸應(yīng)力以及剪切應(yīng)力作用下滲碳體片發(fā)生剪切滑移，表面形成滑移臺(tái)階；滲碳體厚度減薄以及滲碳體表面的滑移小臺(tái)階使?jié)B碳體的單位體積的表面積增加，這將導(dǎo)致并加大滲碳體相發(fā)生溶解，這是由于滲碳體的減薄以及由Gibbs-Thommson效應(yīng)使?jié)B

4、碳體相變得不穩(wěn)定，或是由于滲碳體界面處的位錯(cuò)密度以及位錯(cuò)與滲碳體接觸區(qū)域的增加的緣故。鐵素體中的碳與位錯(cuò)的結(jié)合焓超過(guò)了鐵素體中滲碳體的溶解熱，這也可能是滲碳體發(fā)生溶解的原因。 在200℃退火，鐵素體片層以及其微觀內(nèi)部應(yīng)力幾乎沒(méi)發(fā)生變化。在相鄰鐵素體片層之間析出了大量的納米尺度的球狀滲碳體。300℃退火時(shí)，球狀滲碳體數(shù)量急劇增多。通過(guò)觀察，低溫退火發(fā)生了相平衡回復(fù)，同時(shí)各種缺陷也得到了回復(fù)。400℃退火時(shí)，發(fā)現(xiàn)鐵素體發(fā)生了再結(jié)晶，

5、球狀顆粒變粗大；500℃退火，組織完全形成等軸晶組織；當(dāng)退火溫度超過(guò)550℃，大部分球狀滲碳體顆粒發(fā)生合并，形成完整的片狀的滲碳體。拉伸試驗(yàn)表明，低溫退火時(shí)絲材的抗拉強(qiáng)度有所提高而韌性有所下降；可能是由于析出的納米尺度滲碳體顆粒與位錯(cuò)的相互作用引起的強(qiáng)化導(dǎo)致的。當(dāng)退火超過(guò)700℃，韌性得到了大幅度提高，同時(shí)抗拉強(qiáng)度急劇下降。 強(qiáng)烈冷拉塑性變形后，珠光體鋼可獲得很高的強(qiáng)度和硬度，并具有較理想的韌性。當(dāng)晶粒細(xì)化到納米尺度，對(duì)珠光體鋼

6、絲強(qiáng)度變化呈現(xiàn)出特殊性。強(qiáng)烈冷拉塑性變形以及低溫退火處理下，鋼的強(qiáng)化機(jī)制主要有位錯(cuò)強(qiáng)化、間隙固溶強(qiáng)化晶界強(qiáng)化以及析出強(qiáng)化等。 將強(qiáng)烈冷拉塑性變形法制備的絲材編織成網(wǎng)，與聚氨酯(PU)復(fù)合制備耐磨復(fù)合材料。三體磨料磨損實(shí)驗(yàn)得出，納米結(jié)構(gòu)絲材增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料的磨損性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的抗磨材料高鉻鑄鐵。通過(guò)SEM對(duì)復(fù)合材料的磨損機(jī)理進(jìn)行分析，納米結(jié)構(gòu)絲材的磨損主要是短程犁溝、微觀切削以及絲的斷裂剝落，聚氨酯基體的磨損以塑性堆積、犁削和