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摘 要

本实验使用粉末冶金法制备不同配料比的碳化硅铁基合金，并通过显微硬度计、冲撞实验机、磨损试验机、金相显微镜等设备对铁基合金结构和性能进行检测，总结分析随SiC粉体添加量、烧结温度、烧结时间的变化，铁基合金金相组织、表面形貌、界面结合、硬度、抗冲击、磨损性能的变化规律，进而分析添加SiC粉体对制备的铁基合金结构与性能的影响规律。

关键词：铁基合金 SiC 硬度 磨损性能 抗冲击性能

Preparation of SiC reinforced Fe based wear resistant alloy

Abstract

This experiment using powder metallurgy method preparation for different mixture ratio of silicon carbide iron base alloy, and the microhardness tester, impact test machine, wear testing machine, metalloscope equipment on the structure and properties of Fe based alloy were detected and analyzed with SiC powder add, sintering temperature, sintering time changes, iron-based alloy microstructure, surface morphology, interfacial bonding, hardness, impact resistance, abrasion performance of, and then analyzes the influence of additional SiC powders on the preparation of Fe based alloy structure and properties..

Key words: Fe based alloy; SiC particles; Hardness; Wear Properties; Anti impact property

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 背景与意义 1

1.2 铁基合金制备工艺 2

1.3 SiC粉体增强铁基合金 6

1.3.1基体及其合金化 6

1.3.2基体与增强体所形成的界面 6

1.3.3 SiC粉体对铁基合金性能的影响 7

1.4本课题研究内容 8

第二章 实验方案 9

2.1 实验步骤 9

2.1.1 实验材料及设备 9

2.1.2 碳化硅与铁粉复合制备 9

2.2铁基合金结构和性能的分析测试方法 10

2.2.1硬度测试 10

2.2.2磨损测试 10

2.2.3抗冲击测试 11

2.2.4金相测试 11

第三章 实验结果分析与讨论 13

3.1铁基合金微观结构分析 13

3.1.1粒度分析 13

3.1.2金相分析 13

3.2SiC粉体对铁基合金硬度的影响 15

3.3SiC粉体对铁基合金磨损性能的影响 18

3.4 SiC粉体对铁基合金抗冲击性能的影响 20

第四章 结论 24

4.1实验结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 文献综述

1.1 背景与意义

二十一世纪中国水泥行业的发展日新月异，新型干法水泥的很多方面在世界处于先进水平，然而能耗水平与发达国家差异较大^[1]。那么为了能够降低能耗，改进或制造新型的水泥行业耐磨材料无疑可以实现这一目的。钢铁材料因其特性难以满足更高的水泥耐磨材料的要求，而碳化硅具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀、价格低廉, 是理想的增强材料^[2]。到现在为止，大多数人将研究集中在铝、铜、镁等金属上，而对于碳化硅增强铁基合金的研究相对较少^[3]。不过人们应该加强对铁基合金的关注和研究，因为铁的价格低廉，机械性能优异，通过不同的工艺和手段还可以得到各种各样性能的钢铁材料。

制造新型的具有高耐磨性能和一定韧性的耐磨材料可以实现节能环保，降低成本，增加企业的效益。比如设备的耐磨性提高后可以减少设备磨损，增加了机器使用寿命，同时降低设备故障率，也就减少了检修设备的次数，能够让设备持续高效运转，自然节约了成本^[4]。

从上面可以看出碳化硅增强铁基合金具有广阔的应用前景，不过由于铁与碳化硅的润湿性较差，高温下会发生强烈地界面反应，因此还有一些需要解决的问题，为此可以对下面几点进一步研究。

(1粉末冶金成本略高。需要充分发挥创造力，完善并制造更具有竞争力的工艺，在降低成本的同时还能提高产品的性能。

(2)改善铁与SiC的润湿性，提高界面结合力，并完善相关理论模型。

(3)完善界面结合的机理，优化镀面工艺，通过改变相关条件制造出具有更优异性能的合金材料。

(4)试验不同的配方，寻找影响材料性能的规律，探讨其中的原理制造出最佳的产品，

(5)加强对烧结机理的研究。因为烧结工艺对碳化硅增强铁基合金是十分重要的一环。根据相关研究^[22]，制造碳化硅铁基合金使用用离心铸造法制备时,当烧结温度为900℃时，可以获得比粉末冶金法所得的制品高约40倍耐磨性的制品，。使用粉末冶金工艺时，过高的烧结温度会减弱材料的耐磨性，降低了陶瓷颗粒对耐磨性的增强作用。

(6)可以对烧结后的制品进行合适的热处理，提高材料性能。

1.2 铁基合金制备工艺

金属基复合材料有多种制备工艺，按照其在制备过程中基体的状态，可以将这些工艺分为固相工艺、液相工艺和液固两相工艺^[9]。本次实验采用固相工艺粉末冶金法。流程如图1-1 粉末冶金法工艺流程。

1.2.1 固相工艺

固相工艺简单的说就是将所需的金属粉末和陶瓷颗粒粉末混合均匀，然后在一定的压力下成型，再在合适的温度下进行烧结成最后而得到所需制品的工艺。主要包括粉末冶金、热等静压、自蔓延高温合成等工艺。^[9]

粉末冶金法(Powder Metallurgy, Sinter Metals, Powdered Metals，缩写PM)是它先将金属基体粉末与增强体混合均匀，在一定压力下成型一段时间，接着在合适的温度下烧结一定时间，最后制造出各种所需制品的工艺。其工艺从图1-1 中可以看出非常简单，无论是多孔制品还是半致密制品或全致密的制品材料都可以通过粉末冶金技术来直接制成，比如含油轴承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺，并且通过控制压制成型工业和烧结工艺可以达到致密度在95%以上的致密体。粉末冶金的缺点是其制品一般空隙率较大，在强度、硬度等力学性能上不如致密材料的力学性能，原因是不能在微观结构上达到完全致密化。^[5]

热等静压（Hot IsostaticPressing，简称HIP）工艺是在高温高压的密闭容器中，让待烧结制品在各个方向受到相等的压力，与此同时，制品发生物理化学反应，制品烧结，实现致密化。设计并创造新型材料时，设计者经常会想到并运用该技术；其流程非常简单方便，可以直接将粉末装入包套中，再在高温高压的环境中成型并烧结。关于制造包套的材料有很多，比如低碳钢、Ni、Mo、玻璃等材料陶瓷或金属材料。对于加压介质然常常使用氮气、氩气等惰性气体。当铸件成型后需要热致密化处理时，可以采用热等静压技术。对包括铝合金、钛合金、高温合金等疏松多孔的铸件处理后，铸件可以实现百分之百的致密化，从而提高铸件的强度、硬度、耐磨、抗冲击等等性能。热等静压的缺点是在制品成形过程中，在金属颗粒周围会发生陶瓷相的团聚，因此往往制品中各成分分布不均匀从而影响材料性能。

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