论文部分内容阅读
随着我国城镇化的加速发展、乡村振兴战略的提出,没有农机现代化就没有农业现代化已成为广泛共识,农机现代化的重要地位日益凸显。切割刃具是现代农机装备的核心零件,直接影响整机工作可靠性,与国外相比,我国在核心材料、制备工艺等方面存在较大技术瓶颈,成为高端农机发展亟需解决的现实问题。本文基于超重力燃烧合成技术,制备出Fe基金属梯度材料,通过对制备工艺参数的优化,使材料硬度呈梯度分布。对梯度材料硬化层与45钢基体的厚度比例进行了分析设计,设计制备了苜蓿收获机旋转切割器的自磨锐切刀,进行了现场试验。分析了超重力燃烧合成梯度材料的组织形貌与成分分布;进行了梯度材料层的显微硬度性能测试,并对梯度材料层成型及其对性能的影响机制进行了研究探讨,对梯度材料新型自磨锐切刀与市售切刀进行现场试验对比,得到如下结论:1.通过多体系绝热温度数值计算分析,确定了超重力燃烧合成的相关工艺参数,如铝热剂组分、粒度等。研究了重力系数对多相分离速度的影响,获得的最佳超重力燃烧合成工艺参数为:超重力系数为1000 g、绝热温度为3148.2K,铝热剂组分的相对含量（质量分数）:Fe3O4/Al铝热剂含量85%,Cr-Fe含量5%,Mo-Fe含量3%,V-Fe含量3%,Mn-Fe含量4%。此制备工艺可以形成组织均匀致密的梯度材料层。2.研究了超重力场对梯度材料成型的影响规律。结果发现,由于稀释剂粒子的密度不同,在高温铁熔液中,密度大的高硬质合金颗粒受离心力作用,处于梯度材料的最底层;而密度小的颗粒,则分布在梯度材料的顶端。由于稀释剂中高硬质合金颗粒的硬度不同,因此使得梯度材料的硬度沿超重力方向缓慢递减。3.对梯度层不同部位进行显微组织观察和硬度性能测试,结果表明,采用超重力燃烧合成技术,制备的Fe基金属材料的晶粒具有显著的择优取向,基体组织沿超重力方向呈柱状分布。经分析可知,梯度材料由碳化物与共晶组织基体组成,超重力场作用下,陶瓷相/金属相实现了有效分离。碳化物与Fe基、硬化层与45钢基体之间的交界处均为冶金结合。在0.7mm之内,硬度沿着超重力方向由768.8HV逐渐降到253HV。组织形貌的分析表明,梯度组织分布均匀,由于Mn元素融入到Fe基体中,进一步强化了基体的机械性能。4.以国家标准规定的尺寸参数,制备出苜蓿收获机切割器切刀,并进行了现场试验。试验结果表明,与国标切刀相比,新型自磨锐切刀提高了割草效率,降低了油耗切割茬口平整,有利于作物的再生,实现了苜蓿的低损伤切割及长时间作业下刃口的锋锐性。超重力燃烧合成的梯度材料组织致密且硬度呈梯度平缓变化,碳化物颗粒与共晶组织基体、硬化层与45钢基体为冶金结合,切刀工作过程中,前刀面均匀磨损,实现了新材料制备的切刀具有良好的自磨锐性能。