型内熔化扩散梯度耐磨材料的制备及其性能研究

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1、分类号——UDC．．．．．．．．．．．．．．．．．．一密级学校代码劣j曩程歹大署学位论文10497题目型内鉴垡堑邀搓廛盟痊挝鲨鲍剑垒丛甚：些鱼墅塑L英文StudyonFabricationandPerformanceofaVanadium题目—Reinfor—cedGradientWear-resistantMaterials——研究生姓名壁重叠一．——姓名金壁渣职称丝丝L一430070⋯姓名鲎竖一一职称——墼堂L一副指导老师申请学位级别514015论文提交日期至Q!!生垒月论文答辩日期2Q!L生羔L学位授予单位叁垫垄墨盘鲎学位授予日期答辩委

2、员会主席董尚主评阅人j堡垫垂——一金竖量．2011年5月独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：摩4壹萍日期：丝5[：￡i里学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允

3、许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)：励耕导师(签名)：乍叫吃日期沙ff·r·岁。摘要金属材料的耐磨性长期受到机械和材料界的关注与重视。在实际应用中，许多机器零件要求表面耐磨而内部具有良好韧性，单一金属材料很难达到这一要求。梯度功能材料(FGM)概念的提出为解决耐磨材料的这一困境提供了新的途

4、径，人们通过粉末冶金、半连续铸造、铸渗等方法制备具有表面耐磨层的复合材料，使耐磨件获得外硬内韧的梯度性能，以此来提高机械设备的使用寿命。但梯度功能材料的制备工艺过程复杂，对参数控制要求严格，不适合耐磨零件的批量生产制造。本文采用铸造方法，结合双金属复合工艺，研究合金元素型内熔化扩散机理，以期获得性能良好的梯度耐磨材料，为耐磨零件的批量化生产提供实验依据。型内化扩散方法利用高温钢液熔化铸型内预先放置的高钒合金棒，通过合金原子在液态金属的扩散过程，使合金元素向基体金属内部迁移，凝固后在材料中形成合金元素、碳化物、力学性能的梯度分布，利用合金碳化物

5、的强化作用，使材料获得表硬内韧的机械性能。本文利用型内熔化扩散试验，分析高钒合金棒在液态金属中的熔解机理，并应用Fick第二定律，研究合金元素的浓度分布方程，应用积分变换方法求解微分方程，得到合金元素扩散方程的基本解。在此基础上，针对实验过程中铸型尺寸、合金棒尺寸、扩散系数等因素，进行液态金属中钒原子扩散过程的模拟仿真，并分析不同初始条件下的扩散分布。对采用型内熔化方法制备的扩散件试样，利用光学显微镜、扫描电镜、XRD、显微硬度和宏观硬度测试等手段，研究扩散件的显微组织、物相结构，分析冶金结合层中合金元素分布和材料内部力学性能变化。实验结果表

6、明，在材料的马氏体基体上均匀分布有颗粒状和团块状碳化物增强相，且钒元素含量及碳化物数量在扩散件内部由表及里呈梯度分布，使材料具有硬度呈梯度分布的特性。通过对梯度耐磨材料的实验制备方法设计、熔化扩散机理的分析及元素扩散过程的模拟仿真、扩散件试样组织与性能的研究，解决了耐磨零件要求性能梯度变化的问题，为耐磨零件的生产制造提供了一种新的工艺方法。关键词：型内熔化，元素扩散，钒强化，梯度材料，耐磨性AbstractThewearresistanceofmetalmaterialshasreceivedgreatconcernsinthefieldso

7、fmachineryandmaterials．Themetalswithsingleperformancecouldnotfittherequirementsinpracticalapplicationsthatneedpartsbotllwithgoodhardnessexternalandhighstrengthinternal．TheconceptofFunctionallyGradientMaterials(FGM)providesanewsolutionforwearresistantmaterial，SOthatpeopletry

8、t0improvepartlifetimebyusingthegradientcomposites，whicharepreparedbychangingmicros