2Cr33Ni48Mo10Fe10WC复合材料的组织与性能研究毕业论文.doc

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1、 2Cr33Ni48Mo10Fe10/WC复合材料的组织与性能研究 摘要本论文通过实验研究以Cr、Ni、Mo、Fe为主要合金成分，添加少量的WC，采用感应加热烧结技术合成制备2Cr33Ni48Mo10Fe10/WC高温合金复合材料。通过改变不同合金元素体积百分比来进行研究，而本实验主要考查合金元素Cr含量的不同对其力学性能以及微观结构的影响。并制备3组掺杂不同Cr含量的金属基复合材料，通过光学显微镜、X射线衍射实验和显微硬度测试实验，对比研究合金元素Cr不同掺杂量对硬质合金的硬度、弯曲强度、抗高温氧化性、耐腐蚀性等性能的影响。关键词 2Cr33Ni48Mo10Fe10/WC复合材料；Cr体积分

2、数；感应加热烧结技术；性能； RESEARCH ON MICROSTRUCTURE ANDPROPERTIES OF 2Cr33Ni48Mo10Fe10/WC COMPOSITES Abstract: This experimental study show that we can use Cr, Ni, Mo, Fe as the mainly alloy elements adding a small amount of WC, furthermore we use induction heating sintering technology synthetic to prepare 2C

3、r33Ni48Mo10Fe10/WC composite materials. Through changing different volume percent of alloy elements, and the experiment mainly examines influence of different mechanical properties and microstructure in the alloy elements of different content of Cr . And we prepare three groups metal matrix composit

4、es of doping different content of Cr through the optical microscope, X-ray diffraction and micro-hardness testing experiment. Then we study comparatively the change of hard alloy of hardness, bending strength, high temperature resisting oxidizing, corrosion resistance, such as performance impact, wh

5、ich results from different alloy elements Cr doping in composites. Key words: 2Cr33Ni48Mo10Fe10/WC composite materials; Induction heating sintering technology; Performance; 目 录摘要Abstract 1 引言11.1 课题背景及研究现状11.2 复合材料的发展趋势11.2.1金属基复合材料的现状11.3高温合金的发展现状21.3.1高温合金的特性21.3.2国外高温合金的研究现状21.3.3国内高温合金的研究现状31.4本

6、课题的研究目的及意义32 材料的制备及试验方法42.1 研究总路线设计42.2 实验原材料及成分设计52.2.1 实验用原材料52.2.2材料的成分的设计52.3实验过程62.3.1实验流程图62.3.2实验过程63 2Cr33Ni48Mo10Fe10/WC复合材料的组织与性能测试及分析63.1金相显微组织观察73.1.1实验过程73.1.2金相显微镜观测图及分析73.2显微维氏硬度测试分析93.2.1试验数据的收集93.2.2 实验结果分析94 结论与展望94.1 实验结论94.2 实验展望9致谢11参考文献 III 1 引言由于近些年来，材料在机械工业、航天航空事业、能源及其他高科技领域的

7、应用发展迅猛，我国近几年在材料领域的研究与发展如雨后春笋，学科的设定与研究的目的意义逐渐结合，科研实践性逐渐增强，在科研领域不仅仅研究基础制造业所需的结构材料，现在更多的是开发新型的材料，进行多种材料的功能项复合，形成新型高适用性材料。此次选择的课题就是与工业生产实践相关的滑块机体材料性能的改变状况，将研究为了实现较高强度、优越的耐高温性能、较低导热能力的陶瓷/金属复合的新型滑块材料，选择其中一个视角：研究其金属基体合金元素的掺杂情况，掺杂含量的多少对复合材料有什么样的影响。这个课题开启了本次的实验。1.1 课题背景及研究现状随着现代机械、电子、化工、国防等工业的发展及航天、信息、能源、激光、

8、自动化等高科技进步，对材料性能的要求越来越高。除了要求材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳等性能外，还对材料的耐磨性、尺寸稳定性、减震性、无磁性、绝缘性等提供特殊要求，甚至有些还要求材料具有某些相互矛盾的的性能。随之“复合”已经成为改善材料的一种手段，新型复合材料的研制和应用发展日益壮大。并且金属基复合材料是以陶瓷为增强材料，金属为基体材料而制备的，由于具有较高的比强度、比刚度等优异性能，近几十年来在世界范围内获得了广泛的研究和应用，已发展成一类重要的材料。金属基复合材料是以陶瓷为增强材料，金属为基体材料而制备的，由于具有较高的比强度、比刚度等优异性能，近几十年来在世界范围内获得了广泛的

9、研究和应用，已发展成一类重要的材料。金属基复合材料在军事、航空、航天及民用工业等多个领域具有极大的应用潜力和广泛的应用前景1-4。1.2 复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势如下所示：1. 复合材料由宏观复合向微观复合发展，如：纤维增强复合材料、纳米复合材料、分子复合材料；2. 复合材料向多元混杂复合和超混杂复合发展，如：两种纤维的复合应用，两种基体的复合应用等；3. 复合材料由结构复合为主向结构复合与功能复合并重的方向发展，如：功能复合材料的开发与应用等；4. 复合材料由被动复合向主动复合材料发展，所谓被动就是指在外界作用下材料只能被动承受某种作用或做出某种反应。主动材料就是指具备能自诊断、

10、自适应和自修补作用材料；5. 复合材料由常规设计向仿生设计方向发展，仿生设计就是利用某种生物体的特征设计材料，仿生设计可以参照生物体的功能机制设计出新的功能材料。复合材料的创新发展，尤其是前沿科技的发展，在航天航空领域的突飞猛进的发展，航空需要的耐高温、高强度、质轻等等优越的性能。金属基复合材料能将增强剂的高强度、高模量、高熔点与金属基体的韧性、导热性能结合起来, 成为具有高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热、耐磨、耐氧化、导电等优异综合性能的材料, 具有广阔的应用前景, 是一种正在发展的新材料。金属基复合材料的性能是本次研究的重要内容。1.2.1金属基复合材料的现状金属基复合材料当前的制备方法

11、如下：1. 粉末冶金复合法粉末冶金复合法基本原理与常规的粉末冶金法相同，包括烧结成形法、烧结制坯加塑法和加工成形法等适合于分散强化型复合材料（颗粒强化或纤维强化型复合材料）的制备与成型。粉末冶金复合法的工艺主要优点是：基体金属或合金的成分可自由选择，基体金属与强化颗粒之间不易发生反应；可自由选择强化颗粒的种类、尺寸，还可多种颗粒强化；强化颗粒添加量的范围大；较容易实现颗粒均匀化。缺点是：工艺复杂，成本高；制品形状、尺寸受限制；微细强化颗粒的均匀分散困难；颗粒与基体的界面不如铸造复合材料等。2. 铸造凝固成型法铸造凝固成型法是在基体金属处于熔融状态下进行复合。主要方法有搅拌铸造法、液相渗和法和共

12、喷射沉积法等。铸造凝固成型铸造复合材料具有工艺简单化、制品质量好等特点，工业应用较广泛。3. 喷射成形法喷射成形又称喷射沉积（Spray Forming），是用惰性气体将金属雾化成微小的液滴，并使之向一定方向喷射，在喷射途中与另一路由惰性气体送出的增强微细颗粒会合，共同喷射沉积在有水冷衬底的平台上，凝固成复合材料。凝固的过程比较复杂，与金属的雾化情况、沉积凝固条件或增强体的送入角有关，过早凝固不能复合，过迟的凝固则使增强体发生上浮下沉而分布不匀。这种方法的优点是工艺快速，金属大范围偏析和晶粒粗化可以得到抑制，避免复合材料发生界面反应，增强体分布均匀。缺点是出现原材料被气流带走和沉积在效应器壁上

13、等现象而损失较大，还有复合材料气孔率以及容易出现的疏松。4. 叠层复合法叠层复合法是先将不同金属板用扩散结合方法复合，然后采用离子溅射或分子束外延方法交替地将不同金属或金属与陶瓷薄层叠合在一起构成金属基复合材料。这种复合材料性能很好，但工艺复杂难以实用化。目前这种材料的应用尚不广泛，过去主要少量应用或试用于航空、航天及其它军用设备上，现在正努力向民用方向转移，特别是在汽车工业上有很好的发展前景。5. 原位生成复合法原位生成复合法也称反应合成技术，金属基复合材料的反应合成法是指借助化学反应，在一定条件下在基体金属内原位生成一种或几种热力学稳定的增强相的一种复合方法。一般这种增强相具有高硬度、高弹

14、性模量和高温强度的陶瓷颗粒，即氧化物、碳化物、氯化物、硼化物、甚至硅化物，它们往往与传统的金属材料，如Al、Mg、Ti、Fe、Cu等金属及其合金，或（NiTi、AlTi）等金属间化合物复合，从而得到具有优良性能的结构材料或功能材料。金属基复合材料的原位复合工艺基本上能克服其它工艺中常出现的一系列问题，如基体与增强体浸润不良、界面反应产生脆性、增强体分布不均匀、对微小的（亚微米和纳米级）增强体极难进行复合等。它作为一种具有突破性的新工艺方法而受到普遍的重视，其中包括直接氧化法、自蔓延法和原位共晶生长法等。1.3高温合金的发展现状1.3.1高温合金的特性高温合金是指以铁、钴、镍为基，能在600以上

15、高温下服役而研制的一类金属材料。高温合金为单一的奥氏体基体组织，拥有较高的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能，具有良好的组织稳定性和使用可靠性，又称热强合金和热稳定性高温合金，国外常称之为超合金(Super alloy)。高温合金按制备工艺分，可以分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温合金。本课题中高温合金2Cr33Ni48Mo10Fe10的制备即使用粉末冶金法制备。1.3.2国外高温合金的研究现状高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关。从20世纪30年代后期起，英、德、美等国家就开始研究高温合金。航空发动机的发展与高温合金发展是齐头并进、密不可分的，前者是后者的主要动力，后者是前者的重要保证。占据着航空发动机中温度最高，应力最复杂的位置的铸造涡轮叶片合金发展尤其是这样。40年代初，在英国由于当时Whittle喷气发动机的出现，要求比奥氏体不锈钢蠕变性能更好的板材和棒材。英国Mond公司(现称国际镍公司 )1941年生产了加入少了C和Ti的Nimonic75合金，用作短时使用的叶片材料，后来加入Al并增加Ti含量，不久发展了Nimonic80合金，并在 1942年成功地用作涡轮喷气发动机的叶片材料，这