粉末冶金反應合成碳化釩顆粒增強鐵基復合材料制備工藝基礎研究.pdf

1、通過合理的成分設計和工藝參數(shù)的優(yōu)化，利用粉末冶金技術，采用原位合成的方法，成功的制備了碳化釩顆粒增強鐵基復合材料。利用粒度分析儀、光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡研究了球磨工藝參數(shù)、碳釩比對試樣燒結致密化的影響；利用X射線衍射儀和DTA研究了Fe-V-C三元系碳化反應σ相分解機理以及碳化反應過程；借助于能譜儀、SEM以及XRD對復合材料的顯微組織進行了分析。 工藝性研究表明：（1）球磨24小時的合金粉要比球磨36小時的合金粉表現(xiàn)出更小

2、的平均粒徑和顆粒均勻程度。這是由于球磨36小時正處于脆性-延性球磨的第二階段，顆粒之間發(fā)生了冷焊所導致的。（2）球磨時間為36小時的試樣的體積收縮要明顯高于球磨時間為24小時試樣，并且在比較低的溫度下就達到了最大體積收縮。（3）高的碳釩比有助于粉末壓坯更快的達到最大體積收縮，但同時也更容易在試樣內(nèi)部形成過多的孔洞。（4）球磨時間長（36h）的粉末壓坯燒結后相對于球磨時間較短（24h）的粉末表現(xiàn)出更高，更均勻的密度。 Fe-V-C

3、三元系碳化反應中由于V與C強的親和力，使得在燒結溫度遠遠低于1252℃時，釩鐵中的σ相已經(jīng)開始轉變?yōu)殁C在α-Fe中的固溶體（α-Fe,V），V與石墨發(fā)生了碳化反應，生成了V<,8>C<,7>。經(jīng)700℃燒結后其相組成主要由碳化反應生成的V<,8>C<,7>和α-Fe以及沒有反應的石墨和。σ-（FeV）相組成。隨著燒結溫度的提高，V<,8>C<,7>的相對衍射強度顯著增加，α-Fe的相對衍射強度先有微弱降低隨后逐漸升高，石墨和σ-（FeV

4、）相的相對衍射強度則急劇降低。在800℃時候石墨的衍射峰已經(jīng)消失，在850℃時候σ-（FeV）分解完畢，反應生成相由α-Fe和V<,8>C<,7>組成；隨后α-Fe和V<,8>C<,7>的衍射峰繼續(xù)升高。在800℃之前α-Fe的衍射峰的下降是由于σ相變引起晶格畸變造成的；在800℃后α-Fe的衍射峰的強度逐漸升高，這是由于隨著碳化反應的進行，釩元素不斷被消耗，α-Fe的晶格畸變逐漸減小造成的。根據(jù)800℃試樣的電鏡照片，表明低溫階段有亞

5、微米的碳化釩顆粒生成，通過對700℃和750℃試樣晶粒度的計算，表明生成的碳化釩的晶粒度為納米級。隨著燒結溫度的升高碳化釩的顆粒逐漸團聚長大，試樣的致密化程度隨之升高。 研究表明在粉末中添加Ni，M<,0>等合金元素可以改善硬質(zhì)相與基體的潤濕性，減少試樣中的孔洞，提高增強體與基體的結合能力。對添加合金元素的燒結試樣斷口分析表明，主要是沿晶和解理斷裂。復合材料的基體組織在添加合金元素前為屈氏體；添加合金元素后為馬氏體組織+奧氏體組