【摘 要】
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耐磨材料广泛应用于电力、水泥、采矿、化工、机械、煤炭等行业,随着工业的迅速发展,耐磨材料的服役条件变得更加复杂,传统材料已经不能满足工业上的需求。颗粒增强金属基复合材料因具有基体高韧性和增强颗粒高强度、高耐磨的性能而被广泛应用在工业生产中。在复合材料的制备过程中,基体材料的选择、增强颗粒的形态以及制备的方法是影响颗粒增强复合材料性能的主要因素。为了获得优良的复合材料,本课题选择Cr16、Ni28为
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耐磨材料广泛应用于电力、水泥、采矿、化工、机械、煤炭等行业,随着工业的迅速发展,耐磨材料的服役条件变得更加复杂,传统材料已经不能满足工业上的需求。颗粒增强金属基复合材料因具有基体高韧性和增强颗粒高强度、高耐磨的性能而被广泛应用在工业生产中。在复合材料的制备过程中,基体材料的选择、增强颗粒的形态以及制备的方法是影响颗粒增强复合材料性能的主要因素。为了获得优良的复合材料,本课题选择Cr16、Ni28为基体材料,分别与球形和不规则形态的WC颗粒进行复合,对烧结温度、基体材料、WC颗粒形态及热处理工艺对复合材料性能的影响进行了讨论,主要得出以下结论:球形和不规则颗粒状WC分别与Cr16和Ni28基体粉末进行液相烧结,所制备的WCs/Cr16复合材料（WCs指球形WC颗粒）组织之间发生了 W、C、Fe和Cr元素的互扩散。在冷却过程中形成了 M7C3及Fe3W3C碳化物,扩散层厚度约为0.207 mm,WC颗粒最高硬度为1150 HV。WCs/Ni28复合材料组织内同样发生了元素的互扩散,形成了新型碳化物Fe3W3C及金属间化合物FeNi,扩散层厚度约为0.198 mm。烧结温度的降低使WC与Ni28更好的结合,减小WC颗粒的烧损率,使复合层具有较高的硬度,WC颗粒硬度可达1593 HV。对WCP/Cr16复合材料来说（WCP指不规则WC颗粒）,界面结合良好,发生了元素之间的互扩散,形成了与WCs/Cr16复合材料不同的M23C6型碳化物和相同的M7C3型碳化物。在Cr16基体中加入C元素,可以有效降低烧结温度和WC颗粒的烧损率。经实验,当C元素质量分数为2.5%时,WC颗粒最高硬度可为1790 HV,其性能远高于WCs/Cr16复合材料、WCs/Ni28复合材料,且工艺过程简单。因此本文选取颗粒状WC为增强颗粒、Cr16+2.5%C为基体,1270℃下保温10分钟的烧结工艺。对性能良好的WCP/Cr16复合材料的热处理工艺及性能进行探讨,发现淬火后基体发生了马氏体转变,组织内含有M7C3、M23C6、M6C、马氏体以及经过淬火后析出的二次碳化物。随着淬火温度的升高,基体析出的二次碳化物含量增加,基体硬度明显增加。经过回火后,发现回火温度越高基体析出的二次碳化物含量越多。在950℃淬火+500℃回火时样品的冲击韧性达到最高值4.499 J/cm2。随着回火温度的升高其界面结合程度逐渐下降,在950℃淬火+220℃回火时界面结合能力最好。经过热处理后样品的抗压强度变化程度较小,在1000℃淬火+220℃回火时达到最高值3560 MPa。在磨粒磨损实验中可发现经过热处理后的样品耐磨程度有明显的提高,在900℃淬火+220℃回火时耐磨性能最佳,磨损量仅为3.275 mm3。综合考虑硬度、耐磨性、界面结合性能、抗压强度等性能,确定WCp/Cr16复合材料的最佳热处理工艺为950℃风冷淬火,220℃回火。
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