铸渗法制备颗粒增强铁基表层复合材料.ppt

* 铸渗法制备颗粒增强铁基表层复合材料 实验六 材料成形与制备 铸造及耐磨材料研究所 实验目的 了解铸渗法制备颗粒增强铁基表层复合材料的工艺过程。 观察和分析颗粒增强铁基表层复合材料的组织特点。 分析陶瓷颗粒与金属的润湿性对复合材料组织性能的影响规律。 铸渗法制备局部复合材料 抗磨层 基体－满足力学性能要求 局部复合材料是实现部件多性能化的重要途径！ 就本实验课制备的铁基表层复合材料而言，是将作为增强相的陶瓷颗粒预先固定在铸件型腔特定位置，然后注入金属液，金属液浸润陶瓷颗粒并渗透到其中的间隙，并有一定程度的交互作用，最终在铸件表面形成具有一定厚度的复合材料。 铸渗法制备局部复合材料 液态金属 通过铸渗技术制备表面复合材料示意图 铸渗法 普通铸渗工艺 压力铸渗工艺 离心铸渗工艺 负压铸渗工艺 普通铸渗的影响因素 增强颗粒与凝固界面的相互作用。 基体材质、浇注温度、浇注速度对铸渗的影响。 浇注系统的设置对铸渗的影响。 铸件大小对铸渗的影响。 增强颗粒对铸渗的影响。 基体与增强相之间相互作用的情况 1.平整界面：基体与增强相之间不相互作用，也互不溶解，界面两侧都机械铆合，仅靠范德华力物理结合，这是弱的结合方式。如： Al2O3的界面，ZTA界面。 2.界面为犬牙交错的溶解扩散界面，基体与增强相之间不发生化学反应但相互溶解，如： WC。 3.基体与增强相间发生化学反应且在界面上生成化合物。 WC颗粒＋碳化物＋珠光体 腐蚀剂：（三氯化铁5g＋盐酸50ml＋水100ml） Al2O3和WC颗粒之间的界面不同。 Al2O3不互相溶解， WC在界面有溶解和扩散现象：改变了WC颗粒与基体的结合性质，而且由于W、Fe元素的相互扩散渗透， WC与基体界面成为一个微观区域，形成了冶金结合。 基体与增强相之间相互作用的情况 基体材质、浇注温度、浇注速度对铸渗的影响 1.熔点： 熔点低，在铸渗过程中易于保持液相流动状态，持续液相铸渗过程。 2.液态金属的流动性： 流动性好，则液态金属充填颗粒间隙的阻力小，有利于形成复合层。而浇注温度较高，加速液相金属的铸渗，充填颗粒的间隙变化，有利于形成复合层。 温度过高的负面影响：晶粒过大， WC颗粒过度溶解，基体中W的含量增加，降低材料的机械性能。 增强颗粒均为WC颗粒，基体不同，浇铸温度也不同 高锰钢基体 合金钢基体 球墨铸铁 灰铸铁 高铬铸铁 增强颗粒均为WC颗粒，基体不同，浇铸温度也不同 增强相对铸渗效果的影响 系统 条件T/℃ 润湿角 Al2O3-Fe 1550 141 Al2O3-Ni 1500 128 WC-Fe 1490 0 WC-Ni 1380 0 颗粒不同 Al2O3 ZTA WC 增强相对铸渗效果的影响 增强相材料的粒度，粒度的大小影响着铸渗过程中液态金属的流动性，微区基体组织的合金化成份，最终影响着复合材料的综合性能。 粒度不同 负压铸渗 实型铸渗法：预先用聚苯乙烯泡沫制备出铸件模型，然后在所需部位涂上铸渗用的粉末,再将模型埋入真空沙箱内浇注，泡沫模型燃烧成为气体，同时金属液，在负压吸引下渗入粉末涂层，能最后形成铸渗复合层。 空腔负压铸渗：将铸件模型埋入真空沙箱，并在其上覆盖一层塑料薄膜，然后再抽真空。 需要增加额外设备，铸渗驱动力增加，同时粘砂现象严重，清理困难 负压铸渗 普通铸渗 耐磨机理 三体磨损复合材料磨损面形貌 三体磨损复合材料磨损面直切面形貌 磨料运动方向 磨料运动方向 硬质相颗粒 基体 表面复合材料的微观组织 The moving direction of hot steel 在轧钢用导位板的局部表面制备具有硬质相颗粒的表面复合材料提高局部表面的耐磨性 高锰钢基复合材料 以硬质 WC 颗粒作为抗磨增强相，采用铸造的方法在部件工作表面制备复合材料，以提高材料的耐磨性。而部件的心部仍保持为传统的高锰钢，从而不影响高锰钢本身良好的韧性，最终达到部件的耐磨性与韧性的共同提升。 表层复合材料 (约10mm) 高锰钢基体 20mm 1mm WC颗粒 高锰钢基体 高铬铸铁 表面复合材料 采用表面复合材料制备的破碎机部件 高铬铸铁基复合材料 具有“蜂巢”状结构的立式水泥磨磨辊 1.实验前认真阅读铸铁专业知识，了解铸渗工艺大致包括哪些，有何差异； 2.了解复合材料的制备工艺及试验方法； a、材料选择：基体材料选用高铬铸铁、球墨铸铁、灰口铸铁，增强相选择Al2O3，WC； b、铸型条件：水玻璃石英砂干型。浇注温度为分别为1450 ℃ 、1380 ℃ 、1350℃； c、工艺过程：称取一定量的Al2O3、WC颗粒，加入占颗粒重量1～3％的自制复合剂和适量的水，混合均匀，辅助在铸型的特定位置，随铸型一起烘