碳化物共晶体锰白铜抗磨料磨损复合材料
117页1、学01 1 9 4 1 一B 2 0 0 2学位论文送丝物基晶坌丝鱼自塑揎磨料廑退复金挝料张长军指导教师姓名冯忠绪教授长安大学申请学位级别博士论文提交日期星Q 丝:! 鱼学位授予单位专业名称机械设计及理论论文答辩日期至鲤竺:! 兰:呈长安大学答辩委员会主席垄查垫塾筮评阅人垄查握整筮整耍耋鳗:整互曩耋蕉堕追熬筮型堡苤熬蕉二o o 四年十二月摘要抗磨料磨损颗粒强化金属基复合材料的研发是近年来复合材料发展的一个主要方向。随着现代工业社会的不断进步、发展,人民对抗磨料磨损材料的要求也越来越高。传统的抗磨料磨损材料( 像白口铸铁、高锰钢、高铬铸铁、陶瓷颗粒轻金属基复合材料等) 已不能满足人们因为越来越苛刻的服役条件所提出的要求。而新的抗磨料磨损颗粒强化金属基复合材料的设计是建立在新的颗粒强化相、新的基体材料合理选择基础上的。本学位论文以共晶碳化钨和共晶碳化铬为颗粒强化相材料,以铸造锰自铜为基体材料,在对这些材料的冶金学基础和力学性能的周密分析基础上,用真空热压法制备了颗粒分布均匀的、致密的、体积分数为0 4 5 的共晶碳化钨( 铬) ,锰白铜复合材料,并通过二体磨料磨损实验,比较了新的复合材料与
2、传统的高铬铸铁( 2 8 C r ) 在磨损性能上的差别,并得出如下几点主要结论:一、铸造碳化钨和铸造碳化铬作为颗粒增强金属基复合材料的硬质强化相既有较高的硬度( 显微硬度2 0 0 0 0 3 0 0 0 0 M P a ) ,又有合理的强韧性( K I 。:4 5 M P a - i n 0 5 ) ,是理想的复合材料的颗粒强化相。二、用陶瓷压痕断裂力学理论,建立了强化相压痕裂纹尺寸与其断裂韧性的关系,并计算出碳化物共晶体的断裂韧性。解决了本文复合材料磨料磨损模型中重要参数的获取问题。三、锰臼铜合金除了用淬火时效和形变时效两种常见的强化方法外,还可以经过铸态直接时效的方法进行强化( 4 0 0 4 7 0 ,H V 4 0 0 以上) ,而且合金成分范围宽( M n :2 0 3 5 ) ,在所研究的时间范围内没有过时效现象( 9 6 小时) 。这就进一步扩大了镭白铜的应用领域,使之可以作为抗磨料磨损复合材料的基体材料。四、锰白铜合金的铸态时效机理是:较长时间过程的溶质原子有序化加上晶内M n N i 相的析出( 铸态下时效具有较长的孕育期,在孕育期主要进行溶质原子的有序化,在后期
3、以M n N i 的晶内析出为主,M n N i 相的析出是合金时效强化的主要原因) 。五、提出了一个新的、更精确的复合材料磨损率的预测模型。本模型除了考虑材料的硬度的因素外,还将断裂韧性K I c ,弹性模量E ,强化相与基材的结合强度等因素导入模型中,使新模型更加准确地再现了磨料磨损过程。六、当磨粒压入深度x 1 时,硬质强化相的磨损主要以整体脱落形式为主,当工 D Mt h ew e a ro ft h eh a r dr e i n f o r c e m e n tp a r t i c l e si sm a i n l yi nt h ef o r mo fd e p a r t i n gf r o mt h em a t r i x ,w h i l ex Z避 髫 妊晴S i C 颗粒尺寸( um )s i c 颗粒体积分数图1 - IS i C 颗粒增强A l - 4 5 C u 一1 5 M g 合金基复合材料的磨损率与S i C 颗粒体积分数( a ) 和颗粒尺寸( b ) 的关系曲线以及硬度与S i C 颗粒体积分数( e ) 的关系曲线D 0 lF i g
4、 1 IS p e c i f i cw e a rr a t eV S v o l u m ef r a c t i o no f S i C ( a ) a n da v e r a g ep a r t i c l es i z e ( b ) a n dm i e r o h a r d n e s sV S v o l u m ef r a c t i o no fS i C ( c ) d i s p e r s e di na s - c a s to rh e a t - t r e a t e dA l - 4 5 C u - 1 5 M gm a t r i c e s A v e r a g eS i Cp a n i c l es i z e = 2 9 1 1 m文献【3 l 】研究了不同载荷和不同尺寸S i C 磨料条件下A 1 2 0 3 颗粒增强2 0 1 4 A l 合金( A I 4 O C u 0 7 S i 0 4 6 M g 一0 2 7 F e - 0 6 2 M n ) 基复合材料的二体磨料磨损性能。复合材料中A 1 2 0 3 增强颗粒的
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