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无锡国劲合金有限公司
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阅读：160发布时间：2017-2-10
高温、高速和磨损等环境对材料的性能要求很高,普通的金属材料已经难以满足该环境下要求的性能,高性能的粉末冶金材料逐渐成为了研究热点之一。为了研制高性能铁基粉末冶金材料,本文在课题组前期研究基础上,采用热压烧结技术对WC或Nb C增强的纳米晶Fe-10Cr-1Cu-1Ni-1Mo-2C粉末进行烧结,并研究了烧结铁基合金材料的微观组织、增强相、力学性能以及耐磨性能。采用高能球磨技术预处理混合粉末,得到含增强相的纳米晶复合粉末,并研究了球磨时间、增强相含量对球磨后粉末的影响。进而利用制得的含WC的纳米晶复合粉末在900℃~1100℃进行热压烧结,烧结得到的WC颗粒增强Fe–10Cr–1Cu–1Ni–1Mo–2C合金。烧结态合金组织主要由富Cr铁素体、WC、Fe3C以及M7C3(M=Fe、Cr、Mo)组成,对比不同温度烧结试样的组织形貌,900℃烧结合金组织还存在明显的孔隙,而1000℃和1050℃试样的组织致密且均匀细小,1100℃烧结合金的组织出现晶粒长大现象。烧结合金的萃取物尺寸细小(<1μm),主要由M7C3、WC、Fe3C和Cr2O3这几个物相组成,其中原位自生的M7C3尺寸大概在200~500 nm之间,均匀的分布在基体上并且与基体间有良好的界面结合环境。当烧结温度由900℃提高至950℃时,烧结样孔隙率急剧降低,密度、硬度显著提高;烧结温度继续升高,试样的密度、硬度逐渐增加,但在1100℃烧结得到的合金密度、硬度出现下降现象。此外,随着烧结温度的升高,烧结态合金的抗压强度不断增大。在以上研究基础上,采用热压烧结制备Nb C颗粒增强Fe–10Cr–1Cu–1Ni–1Mo–2C合金,同时对合金组织结构以及力学性能进行分析,并进一步研究了烧结态颗粒增强高铬铁基粉末冶金材料的增强相种类、尺寸和分布。热压烧结态合金组织主要由富Cr铁素体、Nb C、Fe3C以及M7C3组成。烧结合金的萃取物尺寸细小(<1μm),主要由M7C3、Nb C、Fe3C和Cr2O3这几个物相组成。在基体内的所有增强相中,自生M7C3相尺寸zui大,可以达到500 nm以上,并且其与铁素体基体之间的界面很整洁。随着烧结温度的升高,烧结态试样的密度逐渐提高,当烧结温度为1000℃以上时,已经可以获得基本全致密的试样,其中1100℃烧结的试样致密度zui高(理论密度的99.7%)。烧结态合金的抗压强度随着烧结温度的升高而增大,烧结温度在1000℃以上得到的样品抗压强度均高达2100 MPa以上。针对高性能铁基合金的实际应用条件,对制备的材料进行高温拉伸性能和摩擦磨损性能测试,研究了不同温度、不同WC含量的试样的高温拉伸性能,以及烧结温度、增强相含量对摩擦磨损性能的影响。经过高能球磨和热压烧结得到的不含WC、含5wt.%WC和含8wt.%WC的烧结合金试样在室温下均具有较高的抗拉强度(≥1160MPa);随着拉伸试验温度的提高,各试样的抗拉强度均呈现下降的趋势,从室温到400℃区间内,各试样抗拉强度下降的不明显,在400~600℃间,试样的抗拉强度呈现直线下降;在600℃时,所有试样仍可以保持很高的高温强度值(≥780 MPa),试样拉伸断口具有准解理断裂的特征。在摩擦磨损试验中,摩擦系数随着时间的变化均呈现很大的波动,试样的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损;材料的耐磨性能随着烧结温度以及增强相含量的升高先增后减,其中含5wt.%WC的材料在1050℃烧结得到的合金具有的耐磨性能。
GH4099合金是一种Ni-Fe-Co基变形高温合金,具有良好的塑韧性和冷热疲劳性,持久蠕变性能的优异性更加明显,主要应用于700-750℃工作电站当中燃气轮机涡轮工作的叶片。该合金是在GH2135合金的基础上,通过降低2%的Al+Ti含量发展而来。与其它合金相比,其不含重金属元素并且加入了大量的Fe,节约了大量的成本。本论文主要对合金*时效后的显微组织进行观察从而分析时效温度和时间对GH2107合金组织的影响,*时效的条件为在650℃、700℃和750℃下分别时效500h-10000h;对热处理态下的合金分别进行了瞬时拉伸和持久拉伸实验;zui后探讨了微量元素B、P对合金组织变化及力学性能的影响。论文的研究结果表明:GH2107合金标准热处理态组织主要有:γ沉淀相以及M23C6和MC两种类型的碳化物,随着时效温度和时间的增加,γ相和晶界(主要由Cr23C6构成)都发生了明显的粗化,粗化速率随时间和温度的升高而增大,时效在温度750℃下粗化现象zui为显著。当时效温度和时间达到750℃3000h或700℃5000h时,开始析出TCP相,主要呈块、片和针状分布在晶界、碳化物周围和基体内。热处理态合金的瞬时拉伸强度随温度升高而降低,塑性反之,合金的屈服强度在700℃有个明显的回升。在室温至高温的拉伸过程中,合金断口从沿晶断转向穿晶断。将持久拉伸实验获得的数据构成LMP拉伸米勒曲线,可预测其持久寿命,在700℃200MPa下合金的寿命可达十万小时,优于同类别的其它合金。B和P在室温晶界强化较弱,但在700℃下对晶界起到很好的强化作用,提高合金的性能。但当B含量较高时,会与P产生竞争机制,从而对降低合金的拉伸强度及持久寿命。P的添加会抑制裂纹在表面萌生与扩展,所以有利于合金的持久性能。
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