TiC/TRIP钢复合材料力学性能与耐磨机制研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:achiao172
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本论文以 TRIP钢粉和 TiC粉为原料,采用热压烧结技术(1150℃,30 MPa,1 hour,N2气氛)制备了不同TiC含量的TiC/TRIP钢复合材料,并对该复合材料进行了850℃、保温1小时的热处理。应用 X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等现代分析手段和三点弯曲及单边切口梁法等力学性能测试方法,系统探究了TiC含量及热处理对TiC/TRIP钢复合材料的力学性能的影响规律,并以 Si3N4陶瓷球为对磨副,探讨了TiC含量及热处理对TiC/TRIP钢复合材料的摩擦磨损性能的影响规律,初步阐明了该复合材料的摩擦磨损机理。  研究结果表明:TiC/TRIP钢复合材料的相对密度、抗弯强度及断裂韧性随TiC含量的升高呈下降的趋势,其中未加入 TiC的TRIP钢材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性最大,其值分别为97.7%、1079.8 MPa和27.51 MPa·m1/2,恰恰相反,硬度随 TiC含量的升高呈上升趋势,当 TiC含量为40wt.%时,硬度达到最大值,其值为4.40 GPa;TiC/TRIP钢复合材料热处理后相对密度和力学性能随 TiC含量的变化趋势与和热处理前相同,当TiC含量小于10 wt.%时,TiC/TRIP钢复合材料的抗弯强度和断裂韧性值高于热处理之前,当TiC大于10 wt.%时,抗弯强度及断裂韧性值低于热处理之前。  XRD测试分析表明,TiC/TRIP钢复合材料热处理前由α-Fe、γ-Fe和Ti C三相组成,表明在制备复合材料过程中没有发生化学反应且两相间化学相容性较好;热处理后复合材料主要由 TiC和α-Fe两相组成,表明经热处理后γ-Fe相基本转化为α-Fe相。  从断口的SEM照片可看出,TiC/TRIP钢复合材料中TiC的断裂方式主要为沿晶断裂,并伴有穿晶断裂,TRIP钢的断裂方式为韧性断裂。热处理之后断口断裂方式与热处理前相同,但随着 TiC含量增加明显可以看出TRIP钢材料韧性断裂变少,导致复合材料抗弯强度韧性较热处理前下降。  在载荷、转速和滑动时间固定情况下,我们对不同 TiC含量下TiC/TRIP钢复合材料进行摩擦磨损试验。研究表明,随着 TiC含量的增加,复合材料的摩擦系数呈先减小后增加的趋势,复合材料磨损率和陶瓷球磨损直径均呈先下降后上升的趋势。当TiC含量为30 wt.%时材料摩擦系数和磨损率以及球磨损直径达到最小值(0.531、2.8?10-7g/N?m、0.72 mm)。热处理后 TiC/TRIP钢复合材料的磨损性能随 TiC含量增加的变化规律与热处理前相同,同样的热处理后当 TiC含量为30 wt.%时材料摩擦系数和磨损率以及球磨损直径达到最小值(0.523、2.5?10-7g/N?m、0.71 mm)。  热处理前后 TiC/TRIP钢复合材料摩擦磨损机理主要为磨料磨损和疲劳磨损。由于 TiC硬质颗粒引入起到的磨粒作用,磨料磨损成为摩擦过程中最严重的一种磨损形式,然而随着 TiC含量的增加疲劳磨损变得容易发生,当TiC含量为40 wt.%最为严重。
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