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              在灰铸铁表面制备TaC增强梯度复合层-铸造厂家

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              在灰铸铁表面制备TaC增强梯度复合层-铸造厂家

              发布日期:2016-07-22 作者: 点击:

              HT300为珠光体类型、最低抗拉强度为300MPa的灰铸铁,用于机械制造中的重要铸件,如床身导轨、车床、冲床及受力较大的床身、主轴箱齿轮等;还可用作高压油缸、泵体、阀体等以及镦模、冷冲模和需要较高表面耐磨性的零件。

                最近,为了提高HT300的耐磨性,西安理工大学以高纯钽板为原料, 采用原位反应法在HT300表面制备了TaC陶瓷增强梯度复合层,取得了很好的效果。他们将薄钽板与灰铸铁复合, 用耐火纸包覆后置于石墨坩埚中, 放入管式电阻炉石英管内加热保温, 以氩气作为?;て?。

                检测表明,经原位反应,形成了TaC 增强铁基梯度复合材料组织, 由表及里依次是TaC致密陶瓷层, TaC颗粒复合层和基体; 从表面致密层到基体, 其组织、成分呈梯度变化,形成外硬内韧的结构梯度材料。分析表明,在热处理过程中, 首先在界面处形成Fe-Ta-C的熔融体, 由于界面处熔融的 Ta 原子较为充裕, 在体系中最先形成Ta2C。随着保温时间的延长C原子在灰铸铁基体中快速扩散, 由于碳原子和钽原子之间极强的亲和力以及灰铸铁基体中充分C原子的存在, C原子完全填充Ta的八面体间隙,生成TaC, Ta2C 相消失。从实验条件可知: 1172℃保温 40 min 使得扩散反应充分, 完全生成面心立方结构TaC。各梯度层之间没有明显的界面。沿表面法线由外向里可分为两个反应层:TaC 致密陶瓷层和 TaC 颗粒复合层。前者平均厚度为170μm 左右。其中 TaC 颗粒大小均在1μm以下, 体积分数接近95%, 后者为分散的TaC 颗粒与珠光体复合组织层, 平均厚度为 305 μm, TaC 颗粒尺寸在 0.5-1.5μm 之间, 体积分数从 90%逐渐过渡至基体。梯度复合材料复合层的总厚度为475μm左右。在保温过程中C原子在基体中的扩散极快, 且与Ta原子的结合力极强, 在板和基体结合处熔融的Ta原子也较多, 此处TaC的形核速率远远大于长大速率, 所以形成颗粒均匀细小的致密陶瓷层。随着保温时间的延长部分Ta原子向基体中扩散, 由于基体中C原子更加充裕, 碳化钽颗粒更偏向于长大, 距离基体越近TaC越分散, 颗粒逐渐长大而形成梯度复合层。

                硬度测试表明,TaC 致密陶瓷层的显微硬度最高达到 2328HV, 是基体灰铸铁硬度的 22 倍; TaC 颗粒复合层的硬度值分布具有明显的梯度特性;前者TaC颗粒细小均匀, 连接紧密, 形成致密的陶瓷层, 因此其显微硬度比较接近TaC的理论硬度;后者的颗粒逐渐长大并分散, 颗粒之间基体相增多, 因此对碳化钽的支撑作用减弱, 随着向基体的深入其硬度逐渐减低, 呈梯度分布。在 5N 载荷、Al2O3磨料磨损条件下TaC致密陶瓷层的相对耐磨性最高, 最高可达基体材料 的 170 倍。TaC致密陶瓷层的磨损机理为局部塑性变形和显微切削; TaC颗粒复合层的磨损机理为显微切削和部分 TaC 颗粒的碎裂。


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