高鉻鑄鐵中碳化物生長形態(tài)的研究.pdf

1、本文采用LMC(Liquid Metal Cooling)高溫度梯度定向凝固裝置，研究了凝固速度及合金元素對高鉻鑄鐵中初生碳化物和共晶碳化物析出行為的影響。在此基礎(chǔ)上開展了以Fe-Cr-C系共晶合金和過共晶合金的研究，借助金相技術(shù)、電鏡技術(shù)、圖像處理技術(shù)等多種分析測試手段，考察了試樣的界面形態(tài)、組織特征等凝固特性，建立了凝固過程控制與凝固組織的對應(yīng)關(guān)系。 本文研究了過共晶高鉻合金鑄鐵(3.51﹪C-30.8﹪Cr)碳化物的生長形

2、態(tài)及力學(xué)性能。結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)所用成分的相組成主要有(Fe-Cr)α相，M<,7>C<,3>相和少量奧氏體γ相；經(jīng)過定向凝固后，碳化物纖維有明顯的取向性，碳化物沿[150]方向生長，基體相沿[110]方向生長；初生碳化物為．M<,7>C<,3>型碳化物；初生碳化物以包抄方式生長，逐漸形成閉合六邊形環(huán)狀；初生碳化物橫截面的顯微硬度為HV2000左右，縱截面為HVl450左右；隨著凝固速的增加，抗拉強(qiáng)度呈馬鞍型變化，當(dāng)凝固速度為15μm/s

3、時(shí)，抗拉強(qiáng)度最大，可達(dá)1913MPa。 過共晶高鉻合金鑄鐵(3.51﹪C-30.8﹪Cr-1.03﹪V)和共晶高鉻合金鑄鐵(2.85﹪C-30.80﹪Cr-0.40﹪Re)的主要相組成仍為(Fe-Cr)α相，M<,7>C<,3>相和少量奧氏體γ相；通過EDS分析，V主要存在于M<,7>C<,3>碳化物當(dāng)中，可作為初生碳化物的形核質(zhì)點(diǎn)，進(jìn)而細(xì)化初生碳化物， RE主要存在于基體組織中，可細(xì)化共晶碳化物纖維，使其均勻的分布在基體組織中

4、； Fe-Cr-C-V 合金初生碳化物橫截面的顯微硬度為HV2200左右，縱截面為HVl550左右；隨著凝固速的增加，其抗拉強(qiáng)度先增加后減小，平均抗拉強(qiáng)度為2029MPa，當(dāng)凝固速度為15μm/s時(shí)，抗拉強(qiáng)度最大，可達(dá)2163MPa；Fe-Cr-C-RE合金共晶碳化物橫截面的顯微硬度為HV1850左右，縱截面為HV1360左右：隨著凝固速的增加，抗拉強(qiáng)度逐漸增加，平均抗拉強(qiáng)度為2291MPa，當(dāng)凝固速度為15μm/s時(shí)，抗拉強(qiáng)度最大，可

5、達(dá)2486MPa。 在研究了碳化物生長形態(tài)的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步探討了Fe-Cr-C 自生復(fù)合材料的組織和性能。結(jié)果表明，以1μm/s的速度凝固時(shí)固液界面比較平直，以2gm/s的速度凝固時(shí)固液界面雖然仍然保持平直，但局部已經(jīng)開始失穩(wěn)，當(dāng)凝固速度為5μm/s時(shí)，固液界面已嚴(yán)重失穩(wěn)，變得參差不齊；隨著凝固速度R的增加，初生碳化物的大小 S 和體積分?jǐn)?shù) B 均減小，具有有S=0.0036R<'-0.8078> 和B=9.1956R<'-

6、0.4882>的關(guān)系式；共晶碳化物大體上比較規(guī)則，但在其精細(xì)結(jié)構(gòu)的形貌上出現(xiàn)許多分叉，而且隨凝固速度的增加，碳化物分叉現(xiàn)象越顯著；隨著凝固速度R的增加，共晶碳化物的間距λ減小，具有λ=11.95R<'-0.6724>的關(guān)系式；Fe-Cr-C自生復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度隨著凝固速度的增大先增加，在凝固速度為15gm/s時(shí)達(dá)到最大，然后再減小，其抗拉強(qiáng)度為普通材料抗拉強(qiáng)度的4倍，共晶高鉻鑄鐵的抗拉強(qiáng)度優(yōu)于過共晶高鉻鑄鐵的抗拉強(qiáng)度，且釩和稀土元素均