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B和Mo对钢结硬质合金覆层材料影响的研究

作　者: 赵正
导　师: 刘福田
学　校: 济南大学
专　业: 材料学
关键词: 钢结硬质合金覆层材料真空液相烧结力学性能耐磨损与耐腐蚀性能
分类号: TG174.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本论文将钢结硬质合金的优异性能赋予钢基体表面,获得了具有高硬度、高耐磨性与高耐腐蚀性能且界面结合优异的钢结硬质合金覆层材料。研究了B和Mo的掺入对钢结硬质合金覆层烧结温度、力学性能、物相组成以及微观结构的影响,并将其应用于机械零件表面改性,获得了较好的效果。本研究在钢基体表面制备了M、3B、4B、5B、3BMo五类钢结硬质合金覆层材料。确定了硬质相和粘结相的体积分数,B、Mo等合金组分添加量以及粘结剂PVB的添加量。确定了制备钢结硬质合金覆层材料的工艺流程,主要包括成形料浆的制备工艺、钢基体的处理、覆层坯体的成形工艺与覆层材料的烧结工艺等四大部分。确定了覆层材料的烧结工艺制度。烧结真空度为1.0×10-2～1.0×10-3Pa;烧结温度制度为:以10℃/min从室温加热至400℃保温30min,继续以10℃/min加热至1000℃保温30min,然后以5℃/min的速度升温至最高烧结温度保温30min,再随炉自然冷却。通过烧结实验确定了各体系覆层材料的烧结温度,并分析了B和Mo的添加对覆层材料烧结温度的影响。结果表明,B添加后,有效的降低了覆层材料的烧结温度,3B覆层材料的烧结温度相比M覆层材料的烧结温度降低50℃。随着B质量分数的增加,烧结温度有所提高。在3B覆层配料基础上添加Mo,覆层材料的烧结温度相对Mo添加前升高25℃。研究了钢结硬质合金覆层材料的硬度、弯曲强度等力学性能,分析了B和Mo的添加对覆层材料力学性能的影响。结果表明,B添加后,覆层材料无论是洛氏硬度还是维氏硬度都有所提高,洛氏硬度可提高2HRA,维氏硬度提高28.38 Kgf/mm2。随着B质量分数的增加,覆层硬度进一步提高。在3B覆层配料基础上添加Mo后,3BMo覆层的洛氏硬度相对3B覆层提高1.4HRA,维氏硬度提高17.67Kgf/mm2。覆层受压应力或受张应力时,B的加入均降低了覆层材料弯曲强度,但随B含量的增加而降低。无论覆层受压应力还是受张应力,添加Mo的3BMo覆层材料的弯曲强度相对Mo未添加的3B覆层材料的弯曲强度有所提高,覆层受压应力时提高237.47 MPa,覆层受压应力时提高237.10MPa。采用干摩擦磨损与冲蚀磨损两种方式研究了钢结硬质合金覆层材料的摩擦磨损性能。结果表明,与M覆层材料比较,添加B和Mo后的覆层材料的耐磨性均有不同程度的提高。研究了覆层材料的耐腐蚀性能,结果表明,钢结硬质合金覆层具有比钢基体更优越的耐腐蚀性能。研究了钢结硬质合金覆层材料中的物相组成、硬质相与粘结相的分布状态以及覆层与基体的界面结合特征。分析了覆层材料扩散界面区域的范围,并通过线扫描照片结合覆层/钢基体结合界面显微硬度的测试分析了界面过渡区的形成机理。B和Mo添加后有Fe2B和Mo2FeB2等新相生成。B的添加使覆层和钢基体之间形成了具有冶金镶嵌结构的过渡层。初步将钢结硬质合金覆层复合于易磨易蚀的机械零件表面,成功制备了部分钢结硬质合金覆层零件。试验证明,覆层处理大大延长了覆层零件的使用寿命。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-13
第一章绪论  13-29
  1.1 课题研究的背景、目的和意义  13-14
  1.2 钢结硬质合金覆层材料涂覆制备工艺的国内外研究现状  14-20
    1.2.1 热喷涂技术  14-16
    1.2.2 自蔓延高温合成技术（SHS）  16
    1.2.3 原位化学反应技术  16-17
    1.2.4 气相沉积技术  17
    1.2.5 高温点热源扫描技术  17-18
    1.2.6 溶胶-凝胶技术  18-19
    1.2.7 铸造烧结技术  19
    1.2.8 真空液相烧结技术  19-20
  1.3 钢结硬质合金的国内外研究现状  20-24
    1.3.1 钢结硬质合金的性能  20-21
    1.3.2 钢结硬质合金的应用  21-22
    1.3.3 钢结硬质合金的研究趋势  22-23
    1.3.4 新型钢结硬质合金  23-24
  1.4 硼化物硬质合金的国内外研究现状  24-26
  1.5 钢结硬质合金覆层材料的国内外研究现状  26-27
  1.6 本文研究的主要内容  27-29
第二章原料的选择与所需实验设备  29-37
  2.1 原料的选择  29-35
    2.1.1 基材的选择  29
    2.1.2 覆层原料的选择  29-35
      2.1.2.1 覆层硬质相原料的选择  29-31
      2.1.2.2 覆层粘结相的选择  31-32
      2.1.2.3 FeB 合金粉的选择  32-33
      2.1.2.4 钼粉的选择  33-34
      2.1.2.5 粘结剂的选择  34
      2.1.2.6 溶剂的选择  34-35
  2.2 实验仪器与设备  35-37
第三章钢结硬质合金覆层材料的制备及性能测试方法  37-47
  3.1 钢结硬质合金覆层的原料组成  37-38
  3.2 覆层材料的制备  38-43
    3.2.1 覆层材料制备的工艺流程  38-39
    3.2.2 成形料浆的制备工艺  39
    3.2.3 钢基体的处理  39
    3.2.4 覆层坯体的成形工艺  39-40
    3.2.5 覆层材料的烧结工艺  40-43
      3.2.5.1 烧结气氛  40
      3.2.5.2 升温速度  40-42
      3.2.5.3 最高烧结温度  42-43
      3.2.5.4 最高烧结温度下的保温时间  43
  3.3 覆层材料性能的测试方法  43-47
    3.3.1 硬度的测试  43-44
    3.3.2 断裂韧性的测试  44
    3.3.3 弯曲强度的测试  44-45
    3.3.4 耐磨损性测试  45
    3.3.5 耐腐蚀性测试  45-46
    3.3.6 物相组成与微观结构观察  46-47
第四章钢结硬质合金覆层材料烧结温度的研究  47-51
  4.1 钢结硬质合金覆层材料的烧结温度  47-49
  4.2 B 对覆层材料烧结温度的影响  49-50
  4.3 B 和Mo 对覆层材料烧结温度的影响  50-51
第五章覆层材料力学性能的研究  51-64
  5.1 覆层材料的硬度与韧性  51-57
    5.1.1 覆层硬度及韧性的测试与分析  51-53
    5.1.2 烧结温度对覆层材料硬度的影响  53-54
    5.1.3 保温时间对覆层材料硬度的影响  54-55
    5.1.4 B 对覆层材料硬度的影响  55-56
    5.1.5 B 和Mo 对覆层材料硬度的影响  56-57
  5.2 覆层材料的弯曲强度  57-64
    5.2.1 B 对覆层材料弯曲强度的影响  62
    5.2.2 B 和Mo 对覆层材料弯曲强度的影响  62-64
第六章覆层材料耐磨损与耐腐蚀性能的研究  64-75
  6.1 覆层材料耐磨损性能的研究  64-68
    6.1.1 覆层材料的冲蚀磨损实验与分析  64-66
      6.1.1.1 覆层材料冲蚀过程中磨损失重量的分析  64-65
      6.1.1.2 覆层材料冲蚀磨损磨痕形貌的分析  65-66
    6.1.2 覆层材料的干摩擦磨损实验与分析  66-68
      6.1.2.1 覆层材料干摩擦过程中磨损失重量的分析  66-67
      6.1.2.2 覆层材料干磨擦磨损磨痕形貌的分析  67-68
  6.2 覆层材料耐腐蚀性能的研究  68-75
    6.2.1 覆层材料耐腐蚀性能实验  69-74
      6.2.1.1 覆层材料在10%草酸中耐腐蚀性能实验  69-70
      6.2.1.2 覆层材料在 65%硝酸中耐腐蚀性能实验  70-71
      6.2.1.3 覆层材料在 10%硝酸-3%氢氟酸中耐腐蚀性能实验  71-72
      6.2.1.4 覆层材料在 5%硫酸中耐腐蚀性能实验  72-74
    6.2.2 覆层材料的耐腐蚀性能分析  74-75
第七章覆层材料的微观组织结构与界面特性的研究  75-85
  7.1 覆层材料的物相组成分布  75-77
  7.2 覆层材料的微观结构分析  77-80
  7.3 覆层-钢基体结合界面微观结构分析  80-85
    7.3.1 覆层-钢界面过渡区的微观组织  80-83
    7.3.2 覆层-钢基体结合界面显微硬度的测试分析  83-85
第八章钢结硬质覆层零件的制备与应用研究  85-95
  8.1 钢结硬质合金覆层零件的选择  85-87
    8.1.1 覆层零件的摩擦磨损机制  85
    8.1.2 覆层零件的选择原则  85-86
    8.1.3 基体零件的预处理  86-87
  8.2 钢结硬质覆层零件使用工况实例的研究  87-95
    8.2.1 钢坯去毛刺机锤刀的覆层处理  87-90
    8.2.2 小型轧钢导卫辊的覆层处理  90-91
    8.2.3 破碎机锤头的覆层处理  91-92
    8.2.4 空心砖坯体成孔芯杆和芯头的覆层处理  92-93
    8.2.5 抛丸机叶片的覆层处理  93-95
第九章结论与展望  95-98
参考文献  98-104
致谢  104-105
附录A  105
附录B  105-106
附录C  106

B和Mo对钢结硬质合金覆层材料影响的研究

内容摘要

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