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WC颗粒增强钢基表层复合材料的热震试验研究

作　者: 高凡
导　师: 蒋业华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 表层复合材料热震氧化热膨胀系数
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,陶瓷颗粒增强钢铁基表面复合材料研究得到了较好的发展,但由于基体和增强颗粒、基材与复合层之间热物理性能的不匹配问题使得其热震性能不高,限制了该类复合材料在激冷激热等特定工况下的应用。针对于此,论文研究了WC颗粒增强高铬钢基表层复合材料的制备工艺和抗热震性能,重点考察了加热温度、陶瓷WC颗粒体积分数等参数对其抗热震性能的影响,并对裂纹的萌生和扩展进行了初步研究。论文采用真空实型负压(V-EPC)铸渗工艺,成功制备了不同WC颗粒体积分数的高铬高铬钢基表层复合材料,碳化钨颗粒与基体的界面结合为冶金结合,过渡区过渡平缓,复合效果较好。热震实验结果表明：随着温度的升高,裂纹萌生扩展速度增大,在700℃与800℃的热震实验中,WC颗粒发生完全氧化,在金相制备过程中即发生粉化,于复合层表面形成孔洞；随着WC颗粒体积分数的变化,基体组织与基体体积分数均随之改变,从而影响了裂纹的萌生扩展速度与走向。为了研究复合材料的热疲劳失效机理,论文研究了复合材料的高温氧化行为,结果表明：高温氧化削弱了复合层的抗疲劳破坏能力,且随着温度的升高,氧化反应速度加快。另外,WC颗粒在高于600℃时氧化速度明显增大,易氧化为结构疏松的W03,对裂纹的扩展及材料的失效速度均产生影响。结合复合材料的高温氧化行为和热疲劳裂纹萌生、扩展的形貌观察指出,陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料的热疲劳失效是高温氧化和材料热应力两者共同作用的结果,在复合层自身的缺陷处及WC颗粒与基体的结合界面处裂纹开始萌生、扩展。因此,为提高陶瓷颗粒增强金属基表层复合材料的抗热震性能,应选择高温下抗氧化性能较好的陶瓷颗粒作为增强体,同时,易将陶瓷颗粒与金属的热膨胀系数、弹性模量等失配程度控制在较小的范围内。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-20
  1.1 陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料概述  8-11
    1.1.1 陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料简介  8-9
    1.1.2 陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料的制备  9-10
    1.1.3 陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料的发展及应用  10-11
  1.2 材料热疲劳性能的研究  11-17
    1.2.1 陶瓷材料抗热震性能概述  13-14
    1.2.2 金属热疲劳性能概述  14-16
    1.2.3 颗粒增强金属基复合材料材料热疲劳性能概述  16-17
  1.3 研究内容及意义  17-20
    1.3.1 论文的研究意义  17-18
    1.3.2 论文研究的内容  18-20
第二章陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料的制备及组织分析  20-31
  2.1 陶瓷颗粒增强高铬钢基表层复合材料的制备  20-22
    2.1.1 基材及增强颗粒的选择  20-22
    2.1.2 实验过程  22
  2.2 WC颗粒增强高铬钢基表层复合材料的组织分析  22-29
    2.2.1 复合层物相分析  23-24
    2.2.2 不同WC颗粒体积分数复合层显微组织  24-27
    2.2.3 表面复合材料过渡区显微组织  27-29
  2.3 本章小结  29-31
第三章不同加热温度下表层复合材料的热震性能  31-59
  3.1 实验与研究方法  31-32
    3.1.1 试样的制备  31
    3.1.2 热震实验及研究方法  31-32
  3.2 温度对表层复合材料热震性能的影响  32-47
    3.2.1 WC颗粒的氧化性能  32-35
    3.2.2 不同加热温度下试样的裂纹萌生、扩展现象  35-47
  3.3 裂纹的萌生及扩展  47-53
    3.3.1 由复合层外部萌生而成的裂纹  47-48
    3.3.2 WC颗粒与基体界面处裂纹的萌生及扩展  48-50
    3.3.3 裂纹在复合层与基材界面及基体处的扩展  50-53
  3.4 WC颗粒的脱落  53-55
  3.5 金属氧化与裂纹扩展的交互作用  55-57
  3.6 本章小结  57-59
第四章 WC颗粒体积分数对表层复合材料热震性能的影响  59-84
  4.1 WC颗粒体积分数对表层复合材料热震性能的影响  59-79
    4.1.1 WC颗粒体积分数为0%的试样热震性能  59-63
    4.1.2 WC颗粒体积分数为40%的试样热震性能  63-67
    4.1.3 WC颗粒体积分数为60%的试样裂纹热震性能  67-74
    4.1.4 WC颗粒体积分数为100%的试样热震性能  74-79
  4.2 WC颗粒体积分数对裂纹扩展的影响  79-82
    4.2.1 基体组织对裂纹扩展行为的影响  79-81
    4.2.2 热应力及合金氧化行为对裂纹萌生扩展的影响  81-82
  4.3 本章小结  82-84
第五章结论与展望  84-86
  5.1 结论  84-85
  5.2 展望  85-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
附录  92

WC颗粒增强钢基表层复合材料的热震试验研究

内容摘要

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