8dNbVC增强铁基复合材料的组织与性能研究
原位合成(Ti,V)C颗粒增强铁基复合材料
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原 位 合 成 （ ｉＶ） Ｔ 。 Ｃ颗 粒 增 强铁 基 复 合 材 料
３
原 位 合 成 （ ｉＶ） Ｔ ， Ｃ颗 粒 增 强 铁 基 复 合 材 料
（ ， Ｃ Ｐ ｒｉｌｓＲｅｎｏ ｃ ｄＩｏ — ａ ｅ ＴｉＶ） ａ ｔ ｅ ｉｆｒｅ ｒｎ ｂ 材 料 开发 的 热 点 。颗 粒 增 强 钢 铁基 复合 材 料 传 统 的制 备 方 法 是 外 加 增 强 相 颗 粒 粉 末冶 金法 。最 近 ， 原位 合 成工 艺 广 泛应 用 于 制 备颗 粒增强 钢铁 基 复合 材料 。与外 加 法 比较 ， 原位 合 成法 因其工 艺 简单 、 材料 制造 成 本 低 、 料性 能 优 异 ， 材 在技 术和经 济上 更 为可 行等 优点 而 日益 受 到人 们 的 重视 ， 国 内外学 者 正 在 加 紧 研 究 。从 目前 已报 道 的 文献 来
的物 相 结 构 和显 微 组 织 ， 用 ＭＭ２ ０型磨 损 试 验机 研 究 了该 复 合 材 料 的 耐 磨 性 能 。结 果 表 明 ： 位 合 成 的 （ ， Ｃ 并 ０ 原 ＴｉＶ）
增 强 相 颗 粒 细小 ， 寸 为 １ ２ ｍ， 球 状 ， ａ Ｆ 基 体 中均 匀 分 布 。在 重 载干 摩 擦 磨 损 条件 下 ， 复 合 材 料 显 示 了 良 尺 ～ 呈 在 —ｅ 该
不同Ti、Al含量Fe--Ni基抗氢合金组织与性能的研究的开题报告
不同Ti、Al含量Fe--Ni基抗氢合金组织与性能的研究的开题报告题目：不同Ti、Al含量Fe--Ni基抗氢合金组织与性能的研究摘要：随着氢燃料电池技术的发展，对抗氢材料的需求也日益增加。
本研究从组织与性能出发，选取Fe--Ni基抗氢合金作为研究对象，研究不同Ti、Al含量对其组织和性能的影响。
通过扫描电镜、X射线衍射分析等手段对样品的组织和物相进行表征，通过氢脆性测试、抗氢性能测试等手段评价样品的性能。
通过研究，探究提高Fe--Ni基抗氢合金性能的方法，为氢燃料电池的发展提供支持。
关键词：氢燃料电池，抗氢材料，Fe--Ni基合金，组织，性能一、研究背景和意义随着全球能源环境的严峻形势，氢燃料电池技术日益成为研究热点。
但同时也面临着许多挑战，其中之一就是氢脆性问题。
为了保证氢燃料电池的可靠使用，需要研发抗氢材料，目前研究的重点之一就是提高抗氢合金的性能。
Fe--Ni基合金是一种潜在的抗氢材料，其具有良好的机械性能和热稳定性能，但其氢脆性却限制了其在氢燃料电池中的应用。
因此，研究不同Ti、Al含量对Fe--Ni基合金组织和性能的影响，探究其氢脆性的变化规律，对于提高其抗氢性能具有重要的意义。
二、研究内容和方法1. 研究内容本研究将选取Fe--Ni基合金，通过改变其Ti和Al的含量，制备不同组成的合金，对其进行组织与性能的研究，主要包括以下内容：（1）通过扫描电镜、X射线衍射分析等手段对样品的组织和物相进行表征。
（2）使用氢脆性测试、抗氢性能测试等手段评价样品的性能，分析不同Ti、Al含量对样品性能的影响。
2. 研究方法本研究将采用以下研究方法：（1）制备不同Ti、Al含量的Fe--Ni基合金，利用真空感应熔炼和高温固相法进行。
（2）对样品进行金相、扫描电镜、X射线衍射、电子探针等手段的表征，分析不同组成的合金的组织与物相结构。
（3）通过氢脆性测试和抗氢性能测试对样品进行性能评价，并分析不同Ti、Al含量对样品性能的影响。
WC颗粒增强铁基复合材料的性能研究
WC颗粒增强铁基复合材料的性能研究3宋延沛1,2,毛协民1,董企铭2,周国锋3,欧阳志英1(1.上海大学材料科学与工程学院,上海200072;2.河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003;3.北京工业大学材料科学与工程学院,北京100000)摘 要: 通过离心法制备了外径290mm,内径130mm,高72mm,WC p/Fe2C复合材料工作层厚度25～30mm的厚壁环形试样。
通过光镜、扫描电镜和性能试验设备研究了两种不同WC p体积分数WC p/Fe2 C复合材料的力学性能、耐磨损性能和抗热疲劳性能,并与硬质合金和高铬铸铁进行比较。
结果表明WC p 体积分数在80%和65%左右的两种WC p/Fe2C复合材料,其抗拉强度达到了320和348M Pa,冲击韧性均>4J/cm2,硬度为HRC63.5和HRC61.5。
20和40N 载荷下的耐磨性分别达到208.33、90.91和127.06、57.14,抗热疲劳性能优良。
与硬质合金和高铬铸铁相比,WC p/Fe2C复合材料的冲击韧性、抗热疲劳性能以及20和40N载荷下的耐磨性均有大幅度提高。
关键词: 离心铸造;WC p/Fe2C复合材料;WC p体积分数;性能中图分类号: TB333;TB331文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)10215172041 引 言金属基复合材料具有高温强度好、横向强度高、导热性好,线膨胀系数小、组织结构稳定性好,并具有抗腐蚀、可焊接、局部强化的特点。
因此,金属基复合材料被誉为21世纪的新材料,而颗粒增强金属基复合材料(PMMC)更具有吸引力[1,2]。
金属基复合材料研究多以铝、镁、锌、铜等有色金属基复合材料为多[3～7],而对传统的钢铁材料由于其熔点高,比重大,比强度小,制造工艺复杂等,使Fe2C基复合材料的研究受到限制。
随着民用工业的迅速发展,对材料的性能价格比要求越来越高,对于象高速线材轧机辊环,导轮等高温高速磨损条件下工作的零件,一般材料难以满足其工况要求。
铁基颗粒复合材料的组织与抗磨损性能
Ｌ Ｕ Ｊａ －ｉ ＭＩＬ －ｉ ｇ Ｇ ｎ －ｉ Ｉ ｉｎ ｘｕ， ｉｐｎ ， ＡＯ Ｈｏ ｇ ｘａ
（ ｏｅｅ Ｍｅｈ ｎ ｌ ｔ ｎ． Ｚ ｅ ｚｏ ｎｖ Ｃ ｌｇ ｌ ｃ．ａｄＥ ｃ ．Ｅ ｇ ， ｈｎ ｈｕＵ ｉ Ｌ ｈ ． ｈｎｚｏ ５０ ２ Ｃ ｉ ） ｅ ｒ ｇ ． ｉ ｔ ｎ ，Ｚ ｅ ｈｕ４ ００ ， ｈ ａ ｇ Ｉ ｄ ｇ ｎ
料 的性 能 ， 够满足材 料的 耐磨性 要 求． 能
关键 词 ： 基复合 材料 ； 铁 显微 组 织 ； 显微硬 度 ； 耐磨性
０ Ｉ ｔｏ ｕ ｔ ｎ ｎｒ ｄ ｃｉ ｏ
Ａｃ ｏｄ ｎ ｅ ｒｆ ｒ ｎ ｅ ¨ ｗｅ ｋ ｏ ｈ ｔ ０ ｃ ｒ ｉ ｇｔ ｔ ｅｅ ｃ ［ ｏｈ ｅ ｎ ｗ ｔ ａ ％ ８ ， ｏ ｖ ｉ ａｉｎ ａ ｅ ａ ｒ ｉｎ Ａｍｏ ｇ ｔ ｅ ，７ ％ ～８ ％ ｆｎ ａ ｄｔ ａ ｏ ． ｉ ｌ ｏ ｒ ｂ ｓ ｎ ｍ ｈ ０ ０
Ｖ０ ． ２ Ｎｏ ２ ３ １２ ．／
２０ ０７年 ６月
Ｊｎ Ｏｒ ｕ ．２ ０７
文章编号 ： ０ １ ４—１７ （０ ７ ０ ／３—０ １ ０ ０ ４ ８ ２ ０ ）２ ０ １３— ３
Ｔｈ ｔｕｃｕ ｅ ｎｄ ａ ｒ ｓｖ ａ ｅ ｓｒ ｔ ｒ ｓａ ｂ ａ ｉ ｅ ｗｅ ｒ
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第２ ２卷
第 ２ ３期 ／
郑 州 轻 工 业 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｆ Ｈ Ｎ Ｚ Ｏ ＮＶ Ｒ ＩＹＯ ＬＧ ＴＮ ＵＴ Ｙ（ ａ ｒ ｉ ｃ） Ｏ Ｒ Ａ Ｏ Ｚ Ｅ Ｇ Ｈ ＵＵ ＩＥ Ｓ Ｔ Ｆ ＩＨ ＩＤ ＳＲ Ｎ ｔａ Ｓ ｅ ｅ ｕ ｌｃ ｎ
铁基耐磨复合材料研制资料
铁基耐磨复合材料研制0前言随着现代工业的迅速发展，在全球面临资源、能源与环境严峻挑战的今天，摩擦学在节能、节材、环保以及支撑和保障高新科技的发展中发挥了不可替代的作用。
对机械产品的性能要求越来越高。
很多机械零部件要在高温、高压、高速或高度自动化的条件下长期稳定地工作，因而对材料的性能提出很高的要求。
机件表面由于长期的工作会发生不同程度的磨损和腐蚀，表面的磨损和腐蚀不仅影响机件的正常工作运行，而且不利于工件的维护和保养。
由于磨损所造成的损失十分惊人，据统计，机械零件的失效主要有磨损、断裂和腐蚀三种形式，而磨损失效却占60%—80%，因此磨损问题引起人们高度重视，为有效的防止机件表面的磨损和腐蚀，目前一般采用表面防护措施延缓和控制表面的破坏。
因而研究磨损机理和提高耐磨性的措施，将有效地节约材料和能量，提高机械装备的使用性能，延长使用寿命，减少维修费用，以降低由于磨损造成的损失，这对于国民经济建设的发展是一件具有重要意义的工作。
1复合材料复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。
各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。
非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
composite由两个或多个不同物理相组成的一种固体材料。
复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。
复合材料的特点主要体现在以下两个方面：其一是各组员在性能上有“协同作用”，它不仅能保持原各组分的优点。
原位(Nb,V)C增强铁基复合材料的组织与性能研究
还可 以看 出 ， 织 中除 了 （ ｂ， Ｃ增 强 相 外 ， 体 均 由 白色 的 铁 素 体 和黑 组 Ｎ Ｖ） 基 色 的珠 光 体组 成 。
ｌ ＿ ＿ ｌ
收 稿 日期 ：０１ —Ｏ ２ Ｏ ５一 ｌ ３
— 一
设 计 研 究
铁道机 车车辆 工人 第 ８期 ２ １ ０ ０年 ８月
实验 采 用铌 铁 、 铁 、 墨 增 碳 剂 、 碳 废 钢 等 为 原 料 ， ５ ｋ 钒 石 低 用 ０ ｇ中频 感
应 电炉熔 炼 ， 加入 增碳 剂 ， 加 入 废 钢 。 待废 钢 熔 化 后 脱 氧 扒 渣 ， 加入 先 再 再
铌铁 和钒 铁 ， １ ５ 在 ５ ０～１０ ￣ 间保 温 ５～８ ｎ， 质处 理 后 出炉 浇 注 。分 ６ ０Ｃ之 ｍｉ 变
别制 备碳 化 物体 积 分数 为 ２ 、 ％ 、 ％ 、 ２ 的 复 合 材 料 试 样 ｃ ｃ ｃ ％ ５ ８ １％ ２、 ５、 ８、
Ｃ ２ 热 处 理 采 用 ９ ０～ ５ ℃ 正 火 处 理 。 对 材 料 进 行 抗 拉 强 度 、 度 、 击 １。 ０ ９０ 硬 冲
Ｖ） Ｃ颗 粒形 态 变化 不 大 。所 有 试 样 中 的铁 素 体 含 量 增 加 ， 且 晶 粒 变 细 并
小 ， 出大 量 的细 小黑 色碳 化 物并 分 布于 铁素 体基 体 上 ， 析 同时珠 光 体含 量 明
显减 少 。
２ ２ 复 合 材 料 的 力 学 性 能 ．
（） ａ ｃ２ （ Ｃ ｂ） ５ （ Ｃ ｃ） ８ （ Ｃ１ ｄ） ２
电磁感应合成TiC增强铁基复合材料的研究
磁感 应加 热炉 ， 率调 至 ６ ０ Ｈｚ 密封 箱 背 面采 用 隔热 板 制 频 ００ ，
作 ，０ ４ Ｉ纯氩气 （ ９ ９ ） 瓶 ， 气 与 自制 密 封 箱 进 气 口相 ９． ％ 一 氩 接 。为 了用钛丝 网与 铸铁 来 获 得 Ｔｉ／ ｅ材料 ， 钛 丝 网 放 ＣＦ 将
电磁 感 应合成 Ｔｉ 强铁基 复合 材料 的研 究／ 显 鹏等 Ｃ增 赵
・４ ３ ・ ９
电磁 感 应 合 成 Ｔ Ｃ 增 强 铁 基 复 合 材 料 的 研 究 ｉ
赵显鹏 ， 耿建林 ， 龚光辉 ， 李黎 明
（ 京 钢 铁 股 份 有 限 公 司 中厚 板 卷 厂 ， 京 ２ ０ ３ ） 南 南 ］０ ５
ｂ ｔ ｓａ ｏ ｇ ｔ ｅＴｉ ｒ ｓ ｅ ｅ ｌ ． ｅＴｉ ｐ ｒ ｉｌｓ ａ ｅ ｉ ｈ ｈ ｐ ｆ ｍａ ｌ ｕ ｉ ｎ ｅ ｄ ｉ ｈ ｐ ｔ ａ ｔ ｌ ｉｅ ｕ ｅ ｌ ｎ ｈ ｅ ｖ ｎ ｙ Ｔｈ Ｃ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｅ ｓ ａ ｅｏ ｗｉ ｃ ｎ ｓ ｌ ｃ ｂ ｃ ａ ｄ ｄ ｎ ｒｔ ｓ ａ ｅｗｉ ｐ
关键 词 ＴＣ 微观组织 显微硬度 耐磨性 ｉ
Ｓｕ ｙｏ ｈ ｉ Ｆ ｏ ｏｉ ｙ ｔｅｉｅ ｙＥ ｅｔｏ ｇ ｅｉ ｎ ｕ ｔ ｎ ｔｄ ｎｔｅＴ Ｃ／ ｅＣ ｍｐ ｓ ｅＳ ｎｈ ｓｚｄ ｂ ｌ ｒｍａ ｎ ｔ Ｉ ｄ ｃｉ ｔ ｃ ｃ ｏ
Ｚ ＨＡＯ ａ ｐ ｎ ，ＧＥＮＧ ｎ ｉ Ｘｉｎ ｅ ｇ Ｊａ ｌ ｉ ｎ，ＧＯＮＧ ａ ｇ ｕ ，ＬＩＬ ｍｉｇ Ｇｕ ｎ ｈ ｉ ｉ ｎ
摘 要
金属基复合材料
2）界面的形成及机制，界面产物的控制及界面设计； 3）增强剂在基体中的均匀分布： 在选择制备方法时，应选择那些使得增强剂更均匀、均质排 布（分布）的方法。在这方面，液态法与固态法相比较差。 4）制备工艺方法及参数的选择和优化； 5）制备成本的控制和降低，工业化应用的前景。
图9-11 粉末（冶金）法制备金属 基复合材料示意图
3 - 6 固态法制备工艺方法及参数的选择和优化固态法工艺的 主要参数：
1) 温度、时间: D = D0 exp （- Q / RT） D：扩散系数；Q： 扩散激活能。
X = k t 1/2 X：反应层厚度； k：反应速度常数。 2) 压力：促进结合 面的接触及在一定 温度下的金属基体 的塑性流动。 3) 结合面的清洁度：
合材料时，主要是基体
与基体之间的扩散结合，
有利于材料界面的改善；
同时通过控制基体沉积
层的厚度可控制纤维的 体积比。
图 9-4 PVD法纤维表面金属基体沉积层
2 - 4 粉末法纤维/基体复合丝
首先将金属基体粉末与聚合物 粘接剂混合制成基体粉末/聚合 物粘接剂胶体，然后将纤维通 过带有一定孔径毛细管的胶槽， 在纤维表面均匀地涂敷上一层 基体粉末胶体，干燥后形成一 定直径的纤维/基体粉末复合丝。 复合丝的直径取决于胶体的粘 度、纤维走丝速度以及胶槽的 毛细管孔径等。
业化生产。铝基复合材料单坯可达250公斤。
4 - 4 无压浸渗法（Lanxide法）
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实验采用铌铁、钒铁、石墨增碳剂、低碳废钢等为原料，用５０ｋｇ中频感应电炉熔炼，先加入增碳剂，再加入废钢。
待废钢熔化后脱氧扒渣，再加入铌铁和钒铁，在１５５０—１６００。
Ｃ之间保温５～８ｍｉｎ，变质处理后出炉浇注。
分别制备碳化物体积分数为２％、５％、８％、１２％的复合材料试样ｃ２、ｃ５、Ｃ８、Ｃ１２。
热处理采用９００～９５０℃正火处理。
对材料进行抗拉强度、硬度、冲击韧性、延伸率测试。
用金相显微镜观察复合材料的金相组织。
２实验结果
２．１复合材料的组织
图ｌ所示为Ｆｅ一（Ｎｂ，Ｖ）ｃ复合材料试样Ｃ２、ｃ５、Ｃ８、ｃ１２的金相组织，Ｃ２中的碳化物主要呈短杆状分布于晶界上，且数量较少，ｃ５中的（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ由细条状和短杆状组成并沿晶界呈树枝状分布，而Ｃ８、Ｃ１２中的（Ｎｂ，Ｖ）ｃ完全呈颗粒状分布，但Ｃ１２中的（Ｎｂ，Ｖ）ｃ颗粒较ｃ８中的粗大。
从图ｌ中还可以看出，组织中除了（Ｎｂ，Ｖ）ｃ增强相外，基体均由白色的铁素体和黑色的珠光体组成。
（ａ）１３２（ｂ）１３５（ｃ）Ｃ８
图１复合材料铸态组织
图２所示为复合材料热处理后的金相组织，从中可以看出（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ的形态有所改变，ｃ２、ｃ５中的（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ的杆状变细小，Ｃ８、Ｃ１２中的（Ｎｂ，Ｖ）ｃ颗粒形态变化不大。
所有试样中的铁素体含量增加，并且晶粒变细小，析出大量的细小黑色碳化物并分布于铁素体基体上，同时珠光体含量明显减少。
２．２复合材料的力学性能
复合材料试样的力学性能如表１所示。
可以看出，复合材料的强度随增强相体积分数的增加而增大，当达到８％时其强度达到最大值，当体积分数为１２％时，其抗拉强度和硬度却下降。
除硬度外复合材料试样热处理后的力学性能均较铸态高。
——６——
３分析与讨论
３．１（Ｎｂ，Ｖ）ｃ碳化物固溶体原位合成
Ｎｂ、Ｖ是强碳化物形成元素，在高温下与熔体中的ｃ原子发生反应，生成具有高温稳定性的ＮｂＣ与ＶＣ相。
随后ＮｂＣ与ＶＣ在液态熔体中相ｑ：扩散——固溶形成（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ固溶体，这是由于ＶＣ和ＮｂＣ都属于ＮａＣＩ型的面心立方晶体结构，且Ｎｂ和Ｖ的原子半径分别为０．１４８ｎｍ和０．１３５ｎｌＴｉ，半径之差小于１５％，根据Ｈｕｍｅ—Ｒｏｔｈｅｒｙ定律，可以形成（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ固溶体。
３．２碳化物体积分数对材料的影响
ｃ２的（Ｎｂ，Ｖ）ｃ呈短卡ｌ：状，并沿铁索体晶界分布，这是由于当（Ｎｂ，Ｖ）ｃ的含量较低时，容易与铁液形成一种共晶体，该共晶体的熔点较低，在奥氏体析出时，主要分布于晶界，在冷却过程发牛共晶转变，由于其体积分数只有２％，所以析出的碳化物呈短杆状不连续分布在晶界上。
当含虽达到５％时，共晶反应牛成的（Ｎｂ，Ｖ）ｃ的数量增加，呈细条状和短杆状连续分布在晶界上。
由于碳化物体积分数增加，所以ｃ５的性能均比ｃ２高。
当体积分数达到８％时，超过共晶成分范围，生成的（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ旱颗粒状分布，这是由于钢液凝同过程中，先析出了（Ｎｂ，Ｖ）Ｃ的初生相，呈颗粒状，然后逐步长大，共晶反应消失，原位生成的（Ｎｂ，Ｖ）ｃ均匀地分布基体上，网状分布消
一７一。