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不锈钢纤维增强铁基复合材料的制备与性能研究

作　者: 郭青
导　师: 王吉会
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 复合材料 纤维增强 粉末冶金 组织 力学性能 环境材料
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


金属基复合材料的制备方法和性能研究虽取得了不少进展,但材料的环境协调性并不突出。本文从环境效应考虑,在保持金属材料的力学性能指标基本不变的前提下,使组元单一化,利用钢纤维与铁粉共混设计Fe-Fe复合材料,在达到较高的综合机械性能的同时,也易于循环再生。本文用粉末冶金工艺制备了以316L纤维作为增强体,铁和不锈钢分别作为基体的复合材料。利用正交实验设计方法,探讨了工艺参数对铁基复合材料组织和性能的影响。以密度、硬度、抗拉强度、磨损量、摩擦系数为性能指标,探索出较优的工艺。研究了纤维含量、压制压力、烧结温度对复合材料的显微组织、密度、力学性能及磨损性能的影响,并探讨了其摩擦磨损机理。实验结果表明:纤维含量在3%-5%、压制压力在500MPa-700MPa、烧结温度在1000℃-1200℃时复合材料的性能较好。经正交实验分析获得不锈钢纤维增强纯铁复合材料的最佳工艺参数为:不锈钢纤维含量为5%、初压压力700MPa、烧结温度1000℃。不锈钢纤维增强不锈钢复合材料的最佳工艺参数为:不锈钢纤维含量为7%、初压压力700MPa、烧结温度1100℃。球磨混粉处理能进一步改善复合材料的抗拉强度。粉末冶金法制备不锈钢纤维增强纯铁复合材料的抗拉强度、硬度和耐磨性能较高,密度在7.015-7.217g/cm3左右,硬度约在HRB60-72,纤维含量3%、压制压力为500MPa、1200℃烧结时,复合材料的抗拉强度可达228.63MPa高于纯铁粉35.8MPa。粉末冶金法制备不锈钢纤维增强不锈钢复合材料的效果不明显,密度在6.7-7.0g/cm3左右,硬度较高约在HRB70-90,而耐磨性能较差,纤维含量7%,500MPa,1200℃烧结的复合材料抗拉强度176.25 MPa略高于纯钢粉的抗拉强度。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-22
  1.1 复合材料概述  8-9
  1.2 金属基复合材料  9-14
    1.2.1 分类  9-10
    1.2.2 基体  10
    1.2.3 增强材料  10-11
    1.2.4 制造方法  11-13
    1.2.5 影响强度的主要因素  13-14
  1.3 纤维增强金属基复合材料  14-18
    1.3.1 特点和性能  14-15
    1.3.2 增强机理  15-16
    1.3.3 界面结合方式  16-17
    1.3.4 应用  17
    1.3.5 研究现状  17-18
  1.4 金属基复合材料的环境意识  18-20
  1.5 问题的提出及本文的研究内容  20-22
第二章 材料制备与实验方法  22-28
  2.1 实验材料  22-23
  2.2 实验药品  23
  2.3 实验装置  23-25
  2.4 实验准备  25-26
  2.5 实验设计与工艺  26
  2.6 测试方法  26-28
    2.6.1 烧结密度测定  26-27
    2.6.2 硬度的测定  27
    2.6.3 微观组织观察与分析  27
    2.6.4 拉伸测试  27
    2.6.5 摩擦磨损性能  27-28
第三章 不锈钢纤维增强纯铁复合材料的工艺研究  28-62
  3.1 引言  28-29
  3.2 实验材料  29-31
    3.2.1 铁粉  29-30
    3.2.2 钢粉  30
    3.2.3 纤维  30
    3.2.4 润滑剂  30-31
  3.3 实验工艺  31-46
    3.3.1 压制工艺  31-37
    3.3.2 烧结工艺  37-43
    3.3.3 纤维的含量、分布与处理  43-46
  3.4 正交实验  46-61
    3.4.1 正交实验方案  46-47
    3.4.2 纯铁复合材料的正交实验  47-54
    3.4.3 钢基复合材料的正交实验  54-61
  3.5 小结  61-62
第四章 不锈钢纤维增强纯铁复合材料的性能  62-76
  4.1 密度  62-68
  4.2 硬度  68-70
  4.3 抗拉强度  70-73
  4.4 摩擦磨损性能  73-75
  4.5 性能优化  75
  4.6 小结  75-76
第五章 不锈钢纤维增强不锈钢复合材料的性能  76-86
  5.1 密度  76-81
  5.2 硬度  81-83
  5.3 抗拉强度  83-84
  5.4 摩擦磨损性能  84-85
  5.5 小结  85-86
第六章 结论  86-87
参考文献  87-91
发表论文和参加科研情况说明  91-92
致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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