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無(wú)錫國(guó)勁合金有限公司
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閱讀：152發(fā)布時(shí)間：2017-2-10
高溫、高速和磨損等環(huán)境對(duì)材料的性能要求很高,普通的金屬材料已經(jīng)難以滿足該環(huán)境下要求的性能,高性能的粉末冶金材料逐漸成為了研究熱點(diǎn)之一。為了研制高性能鐵基粉末冶金材料,本文在課題組前期研究基礎(chǔ)上,采用熱壓燒結(jié)技術(shù)對(duì)WC或Nb C增強(qiáng)的納米晶Fe-10Cr-1Cu-1Ni-1Mo-2C粉末進(jìn)行燒結(jié),并研究了燒結(jié)鐵基合金材料的微觀組織、增強(qiáng)相、力學(xué)性能以及耐磨性能。采用高能球磨技術(shù)預(yù)處理混合粉末,得到含增強(qiáng)相的納米晶復(fù)合粉末,并研究了球磨時(shí)間、增強(qiáng)相含量對(duì)球磨后粉末的影響。進(jìn)而利用制得的含WC的納米晶復(fù)合粉末在900℃~1100℃進(jìn)行熱壓燒結(jié),燒結(jié)得到的WC顆粒增強(qiáng)Fe–10Cr–1Cu–1Ni–1Mo–2C合金。燒結(jié)態(tài)合金組織主要由富Cr鐵素體、WC、Fe3C以及M7C3(M=Fe、Cr、Mo)組成,對(duì)比不同溫度燒結(jié)試樣的組織形貌,900℃燒結(jié)合金組織還存在明顯的孔隙,而1000℃和1050℃試樣的組織致密且均勻細(xì)小,1100℃燒結(jié)合金的組織出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象。燒結(jié)合金的萃取物尺寸細(xì)小(<1μm),主要由M7C3、WC、Fe3C和Cr2O3這幾個(gè)物相組成,其中原位自生的M7C3尺寸大概在200~500 nm之間,均勻的分布在基體上并且與基體間有良好的界面結(jié)合環(huán)境。當(dāng)燒結(jié)溫度由900℃提高至950℃時(shí),燒結(jié)樣孔隙率急劇降低,密度、硬度顯著提高;燒結(jié)溫度繼續(xù)升高,試樣的密度、硬度逐漸增加,但在1100℃燒結(jié)得到的合金密度、硬度出現(xiàn)下降現(xiàn)象。此外,隨著燒結(jié)溫度的升高,燒結(jié)態(tài)合金的抗壓強(qiáng)度不斷增大。在以上研究基礎(chǔ)上,采用熱壓燒結(jié)制備Nb C顆粒增強(qiáng)Fe–10Cr–1Cu–1Ni–1Mo–2C合金,同時(shí)對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能進(jìn)行分析,并進(jìn)一步研究了燒結(jié)態(tài)顆粒增強(qiáng)高鉻鐵基粉末冶金材料的增強(qiáng)相種類、尺寸和分布。熱壓燒結(jié)態(tài)合金組織主要由富Cr鐵素體、Nb C、Fe3C以及M7C3組成。燒結(jié)合金的萃取物尺寸細(xì)小(<1μm),主要由M7C3、Nb C、Fe3C和Cr2O3這幾個(gè)物相組成。在基體內(nèi)的所有增強(qiáng)相中,自生M7C3相尺寸zui大,可以達(dá)到500 nm以上,并且其與鐵素體基體之間的界面很整潔。隨著燒結(jié)溫度的升高,燒結(jié)態(tài)試樣的密度逐漸提高,當(dāng)燒結(jié)溫度為1000℃以上時(shí),已經(jīng)可以獲得基本全致密的試樣,其中1100℃燒結(jié)的試樣致密度zui高(理論密度的99.7%)。燒結(jié)態(tài)合金的抗壓強(qiáng)度隨著燒結(jié)溫度的升高而增大,燒結(jié)溫度在1000℃以上得到的樣品抗壓強(qiáng)度均高達(dá)2100 MPa以上。針對(duì)高性能鐵基合金的實(shí)際應(yīng)用條件,對(duì)制備的材料進(jìn)行高溫拉伸性能和摩擦磨損性能測(cè)試,研究了不同溫度、不同WC含量的試樣的高溫拉伸性能,以及燒結(jié)溫度、增強(qiáng)相含量對(duì)摩擦磨損性能的影響。經(jīng)過(guò)高能球磨和熱壓燒結(jié)得到的不含WC、含5wt.%WC和含8wt.%WC的燒結(jié)合金試樣在室溫下均具有較高的抗拉強(qiáng)度(≥1160MPa);隨著拉伸試驗(yàn)溫度的提高,各試樣的抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),從室溫到400℃區(qū)間內(nèi),各試樣抗拉強(qiáng)度下降的不明顯,在400~600℃間,試樣的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)直線下降;在600℃時(shí),所有試樣仍可以保持很高的高溫強(qiáng)度值(≥780 MPa),試樣拉伸斷口具有準(zhǔn)解理斷裂的特征。在摩擦磨損試驗(yàn)中,摩擦系數(shù)隨著時(shí)間的變化均呈現(xiàn)很大的波動(dòng),試樣的磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和粘著磨損;材料的耐磨性能隨著燒結(jié)溫度以及增強(qiáng)相含量的升高先增后減,其中含5wt.%WC的材料在1050℃燒結(jié)得到的合金具有的耐磨性能。
GH4099合金是一種Ni-Fe-Co基變形高溫合金,具有良好的塑韌性和冷熱疲勞性,持久蠕變性能的優(yōu)異性更加明顯,主要應(yīng)用于700-750℃工作電站當(dāng)中燃?xì)廨啓C(jī)渦輪工作的葉片。該合金是在GH2135合金的基礎(chǔ)上,通過(guò)降低2%的Al+Ti含量發(fā)展而來(lái)。與其它合金相比,其不含重金屬元素并且加入了大量的Fe,節(jié)約了大量的成本。本論文主要對(duì)合金*時(shí)效后的顯微組織進(jìn)行觀察從而分析時(shí)效溫度和時(shí)間對(duì)GH2107合金組織的影響,*時(shí)效的條件為在650℃、700℃和750℃下分別時(shí)效500h-10000h;對(duì)熱處理態(tài)下的合金分別進(jìn)行了瞬時(shí)拉伸和持久拉伸實(shí)驗(yàn);zui后探討了微量元素B、P對(duì)合金組織變化及力學(xué)性能的影響。論文的研究結(jié)果表明:GH2107合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理態(tài)組織主要有:γ沉淀相以及M23C6和MC兩種類型的碳化物,隨著時(shí)效溫度和時(shí)間的增加,γ相和晶界(主要由Cr23C6構(gòu)成)都發(fā)生了明顯的粗化,粗化速率隨時(shí)間和溫度的升高而增大,時(shí)效在溫度750℃下粗化現(xiàn)象zui為顯著。當(dāng)時(shí)效溫度和時(shí)間達(dá)到750℃3000h或700℃5000h時(shí),開始析出TCP相,主要呈塊、片和針狀分布在晶界、碳化物周圍和基體內(nèi)。熱處理態(tài)合金的瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度隨溫度升高而降低,塑性反之,合金的屈服強(qiáng)度在700℃有個(gè)明顯的回升。在室溫至高溫的拉伸過(guò)程中,合金斷口從沿晶斷轉(zhuǎn)向穿晶斷。將持久拉伸實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)構(gòu)成LMP拉伸米勒曲線,可預(yù)測(cè)其持久壽命,在700℃200MPa下合金的壽命可達(dá)十萬(wàn)小時(shí),優(yōu)于同類別的其它合金。B和P在室溫晶界強(qiáng)化較弱,但在700℃下對(duì)晶界起到很好的強(qiáng)化作用,提高合金的性能。但當(dāng)B含量較高時(shí),會(huì)與P產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,從而對(duì)降低合金的拉伸強(qiáng)度及持久壽命。P的添加會(huì)抑制裂紋在表面萌生與擴(kuò)展,所以有利于合金的持久性能。
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