Fe-VC復(fù)合材料的制備及焊接性研究.pdf

1、目前，由于鎢、鈷資源日益枯竭，傳統(tǒng)的以WC為硬質(zhì)相、Co為粘接相的復(fù)合材料會越來越少，而以鐵為基體、VC顆粒為增強(qiáng)相的復(fù)合材料將具有誘人的應(yīng)用前景，立足四川攀西地區(qū)豐富的釩鈦資源，開展利用粉末冶金原位合成法制備Fe-VC復(fù)合材料及其焊接性研究，為Fe-VC復(fù)合材料的推廣應(yīng)用提供理論參考依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 基于鑄造法制備顆粒增強(qiáng)Fe-VC復(fù)合材料的研究較多，而利用粉末冶金原位合成法制備的還鮮有報(bào)道。本文在Fe-V-C三元系

2、碳化反應(yīng)生成Fe-VC復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，特添加稀土、鎳、鉻、鉬等合金元素，利用粉末冶金原位合成了Fe-VC復(fù)合材料。通過不同的成分設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考察稀土、鎳對Fe-VC復(fù)合材料組織及性能的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇一種較為優(yōu)化的成分組合，按照焊接工藝尺寸要求，制備焊接用的Fe-VC復(fù)合材料。選擇不繡鋼焊絲ER309L，氬弧焊焊接Fe-VC復(fù)合材料與45＃鋼。在真空爐中，用純銅做釬料，通過正交試驗(yàn)，確定較為優(yōu)化的釬焊工藝，釬焊連接Fe-VC復(fù)合

3、材料與45＃鋼。借助XRD、SEM、EPMA檢測手段對復(fù)合材料、焊接接頭進(jìn)行組織、形貌、成分分析，按照國家標(biāo)準(zhǔn)對復(fù)合材料的硬度、密度，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度進(jìn)行測試。 Fe-VC復(fù)合材料的組織、性能檢測結(jié)果表明：(1)稀土的加入，凈化了晶體表面，改善了Fe與VC顆粒的潤濕性，適量的稀土可以促進(jìn)試樣的燒結(jié)，但過量的稀土?xí)诡w粒粗大，組織中的孔隙增多，不利于燒結(jié)致密化。(2)Ni的加入，進(jìn)一步改善了Fe與VC顆粒的潤濕性，在燒

4、結(jié)時(shí)可以促使液相的生成，有助于燒結(jié)致密化。 (3)Fe-VC復(fù)合材料的基體組織，隨著合金元素含量的增加，逐漸由珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體加殘余奧氏體。氬弧焊接試驗(yàn)結(jié)果表明： (1)Fe-VC復(fù)合材料/焊縫、焊縫/45＃鋼界面實(shí)現(xiàn)了良好的冶金結(jié)合，拉伸試樣的斷口位置都在復(fù)合材料的焊接熱影響區(qū)，滿足異種金屬的焊接要求，其抗拉強(qiáng)度在180MPa左右。(2)在焊縫區(qū)域，各元素的含量呈梯度分布，其顯微硬度的大小與VC的含量多少一致。分析拉伸試樣的斷口屬于

5、脆性準(zhǔn)解理斷口。(3)熱影響區(qū)VC的顆粒大小與復(fù)合材料母材中的VC顆粒大小一致。 釬焊試驗(yàn)結(jié)果表明： (1)在釬焊正交試驗(yàn)中，焊接工藝對釬焊強(qiáng)度的影響顯著程度依次為：釬料厚度、釬焊溫度、保溫時(shí)間和搭接長度。(2)在銅與復(fù)合材料的界面，銅的邊緣呈不規(guī)則的鋸齒狀。(3)當(dāng)銅熔化時(shí)，在銅與鐵接觸的界面形成銅鐵固溶體，進(jìn)而形成牢固的釬焊接頭，其剪切強(qiáng)度在170MPa左右，斷裂位置在復(fù)合材料側(cè)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： (1)當(dāng)稀土含量為