原位自生（Ti，W）C增强钢铁基复合材料的制备及组织与性能的研究

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1、东北大学博士学位论文摘要本文研究用W替代TiC中部分Ti，采用原位自生技术制备7"(Ti，w)CD／Fe基复合材料，研究了化学成分、制备工艺对这一新材料的组织与性能的影响。研究表明：用w替代部分TiC中的Ti，制备出(Ti，W)CD，F’e基复合材料是可行的。制备技术和化学成分对(Ti，W)C相组成、形态分布有较大的影响。Ti／W(原子比)大于4：6时钢铁基体中(Ti，W)C可以稳定存在，Ti，w比(原子比)等于1时，O'iW)C相基本上呈等轴粒状；以成本低廉的铸铁、钛铁、钨铁和低碳钢为原材料，在感应电

2、炉中采用熔体接触反应法和普通铸造法相结合制各原位自生TiC。／Fe和(Ti，W)Cp／Fe基复合材料是可行的。在两种材料中TiC或O：i，W)C相主要呈块状和条状两种形态。分析表明，块状第二相是熔体中形成的先共晶体，条状相为凝固过程中析出的共晶组织；研究发现制备工艺参数(熔炼温度、熔炼时间和凝固速度)对材料的组织影响较大，在熔炼温度低于1600℃，熔炼时间小于15分钟以及凝固速度较低时，发现有大量的沿晶界析出的Fe，c和Fe，Ti的存在，适当提高凝固速度对抑制沿晶界析出的F％C和Fe，Ti等有害相的析出

3、有利。本研究条件下合理的制备工艺为，熔炼温度1650℃，熔炼时间15分钟，采用铁模铸造成型。力学性能研究表明，凝固过程中沿晶界析出的Fe，n相对材料的硬度有贡献，但不利于材料的冲击性能，断口分析发现它们常常是裂纹源的萌生处。适当提高第----+1

4、的体积分数可以提高材料的综合性能，但对材料的冲击性能不利；磨损实验表明，(Yi，W)C。／Fe基复合材料的耐磨损性能要优于TiCp／Fe基复合材料，尤其是在长时间磨损的情况下。界面研究表明，第--相(Ti，VOC与基体的结合良好界面洁净，没有有害相生成，这是(

5、Ti，w)CJFe基复合材料提高耐磨损性能的主要原因。但当体积分数超过20％时，由于颗粒形态复杂，基体的硬度较小，出现了第二相割裂基体从而导致磨损性能下降：通过铸造法原位自生制备(ri，W)C颗粒增强20钢和45钢基复合材料是可行的。通过适当的C、W和Ti元素的配比可以制备出不同使用场合的(Ti，W)C颗粒增强钢铁基复合材料：热处理对(Ti，W)Cp／Fe基复合材料组织中初生(Ti，W)C相影响不大，说明(ri，W)C具有良好的热稳定性。退火处理可以使得(Ti，W)Cp／Fe基复II东北大学博士学位论文

6、摘要合材料凝固过程中析出的少量Fe2Ti和Fe3c相消失，并进一步析出相当数量的细小二次(Ti，W)C第二相，这很大程度上提高了材料的综合力学性能，尤其是材料的耐磨损性能；二次(Ti，W)C相有细小条状相与粒状相两种析出方式，它们与基体的含碳量与保温时间有直接关系。可以通过不同的热处理工艺获得具有马氏体、珠光体、铁索体等不同的基体组织以适应不同的性能要求。关键词：钢铁基复合材料，原位自生复合材料，(Ti，W)C相，组织，性能III查i!垄堂堡主堂垡堕查塑墨AbstractInthepresentwork

7、，the(Ti，w)c：／FecompositesinwhichTiwassubstitutedbyWwerepreparedbyusinginsitusynthesistechniques，andtheeffectsofchemicalcompositionsandcastingprocessesonmicrostructuresandmechanicalpropertiesofthisnewcompositewereinvestigated．Theresultsshowthatproductiono

8、finsitu(Ti，w)c口／FecompositesisavailablethroughalloyingTiCbyWTAlso，thecastingtechniquesandcompositionsofalloyhavegreatinfluenceontheformationandmorphologiesofthe(孔w)cphase．Itisshowedthat(Ti，w)cphase，astheonlyonesecondphase，canstablyexistinferrormatrixasth

9、eratio0fTiandWishigherthan4／6，themorphologyof(Ti．w)cisequiaxedparticulateasTi脚equals1．ItisfeasibletosynthesizeinsituTiC／Feand(Ti，W)C／Fecomposite、vit}Iinexpensiveandabundantrawmaterialsincludingpigiron，FerrotitaniumandFerro