原位VC-,p--Fe復(fù)合材料中VC生成條件及材料耐蝕耐磨性能研究.pdf

1、采用原位反應(yīng)鑄造法制備了VCp/Fe復(fù)合材料。通過熱力學(xué)計算和相圖分析，研究了原位VC顆粒的性質(zhì)及其生成條件；利用XRD、SEM、EDX研究了復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)、VC顆粒的立體形貌；探討了復(fù)合材料的熔煉工藝對VC顆粒形貌及復(fù)合材料力學(xué)性能的影響；建立了復(fù)合材料耐蝕耐磨性能的評價體系，測定了VCp/Fe復(fù)合材料及對比材料的耐磨耐蝕性能。 熱力學(xué)計算表明在Fe—Cr-Ni-V-C五元熔體中，Cr<，7>C<,3>生成的Gibbs自由

2、能最低，熔煉溫度低于1680℃時容易生成；當(dāng)溫度高于1680℃時，Cr<,7>C<,3>分解釋放出C原子，此時VC生成的Gibbs自由能最低，開始大量形核、長大。相圖分析表明對于Fe-15Cr-V-C合金，含V量為8～10％，含C量為2.4～3.0％時合金達(dá)到過共晶成分，VC從合金液中直接形核長大而析出，此時VC形貌最好，呈團球狀均勻分布在基體中。 熔煉溫度、反應(yīng)時間和球化劑對復(fù)合材料中VC顆粒的形貌和復(fù)合材料的力學(xué)性能有顯著的

3、影響。熔煉溫度高于1680℃時，VC增強顆粒大量形成；熔煉溫度提高也降低了Cr<,7>C<,3>的含量，減弱了它對基體的割裂作用，可有效提高復(fù)合材料的沖擊韌性。球化劑的加入使得VC顆粒更加細(xì)小彌散，沖擊斷口韌窩增加也更明顯，進(jìn)一步提高了復(fù)合材料的韌性；1750℃保溫5min時，可以得到理想大小和形狀的VC增強顆粒，此時復(fù)合材料綜合力學(xué)性能最佳(HRC 45.5、13.1 J/cm<,2>)。 XRD分析表明，復(fù)合材料的基體為鐵素

4、體和奧氏體雙相組織；鐵素體的成分接近434-L不銹鋼(Cr17 C<0.12％)，在基體中的體積分?jǐn)?shù)為20％，奧氏體的成分接近304L不銹鋼(Crl9Nill C<0.1％)，占基體體積分?jǐn)?shù)的80％；V與C以V<,4>C<,3>的形式結(jié)合；Cr一部分以Cr<,7>C,,3>的形式存在，一部分固溶在鐵素體和奧氏體基體中：而Ni全部固溶在奧氏體基體中。深腐蝕后的SEM觀察表明復(fù)合材料中增強顆粒在空間呈球狀，尺寸為5～10um，EDS顯示顆粒

5、只含有V和C，結(jié)合XRD的結(jié)果表明增強顆粒為V<,4>C<,3>。 通過測定陽極極化曲線表明，原位VCp/Fe復(fù)合材料致鈍電位較低，鈍化區(qū)域范圍寬，易于鈍化，且鈍化膜性質(zhì)穩(wěn)定，耐電化學(xué)腐蝕性能接近于不銹鋼；3。5％NaCl水溶液中的腐蝕試驗表明，原位VC<'p>/Fe復(fù)合材料的腐蝕速度與不銹鋼(Crl 8Ni9)相當(dāng)，耐蝕性較好。腐蝕以點蝕為主，初始腐蝕位置發(fā)生在與VC顆粒接觸的基體上。濃硫酸浸泡試驗表明，原位VC<'p>/F

6、e復(fù)合材料與不銹鋼自鈍化能力很強，且鈍化膜致密平整，TiC<'p>/Fe復(fù)合材料與白口鐵(15Cr3Mo)腐蝕嚴(yán)重，鈍化膜有破裂。VC<'p>/Fe復(fù)合材料耐蝕性的關(guān)鍵在于熔煉過程中強碳化物元素V的加入，促進(jìn)了不銹鋼基體的形成，保證復(fù)合材料的耐蝕性。 濕磨損試驗表明，VC<'p>/Fe復(fù)合材料耐磨性能是不銹鋼(Crl8Ni9)的3～8倍，磨損類型為沖蝕磨損和顯微切削性磨料磨損，微觀形貌是沖蝕坑、微切削和犁溝，磨損過程中VC顆粒與基

7、體結(jié)合良好，隨著載荷的增加磨損失重增加不明顯。干磨損條件下，VC<'p>/Fe復(fù)合材料的耐磨性優(yōu)于TiC<'p>/Fe復(fù)合材料，類比濕磨損條件，與白口鐵(15Cr3Mo)耐磨性的差距也在縮??；磨損類型為磨料磨損和粘著磨損，粘著磨損的發(fā)生使材料的磨損表面受到了石英粉末的污染；高溫退火改善了VC<'p>/Fe復(fù)合材料基體的組織，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的耐磨性。腐蝕磨損試驗表明，VC<'p>/Fe復(fù)合材料磨損類型是腐蝕磨損和沖蝕磨損，微觀形貌是腐