粉末冶金法制備Ni包覆TiC顆粒增強(qiáng)H13鋼復(fù)合材料性能的研究.pdf

1、H13鋼作為我國應(yīng)用最廣泛的熱作模具用鋼材料，具有較好的室溫和高溫力學(xué)性能。隨著H13鋼工業(yè)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，對其性能提出了越來越高的要求，若采用粉末冶金法制備出以H13鋼為基體的高性能顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，對特殊工況下材料的使用將具有重要的實(shí)用價(jià)值。論文采用粉末冶金的方法制備了Ni包覆TiC顆粒增強(qiáng)H13復(fù)合材料，并對復(fù)合粉末的球磨工藝和燒結(jié)工藝進(jìn)行了探索性研究，借助X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、差熱分析儀、顯微硬度計(jì)、電子萬能試驗(yàn)機(jī)以及熱

2、模擬試驗(yàn)機(jī)等手段，分析了復(fù)合材料的微觀組織、TiC分布、顆粒與界面的結(jié)合以及燒結(jié)坯的致密化和力學(xué)行為，并考察了燒結(jié)坯的高溫壓縮行為，得到了以下結(jié)論:
　　(1)研究了TiC/H13鋼混合粉末的球磨行為，結(jié)果表明球磨過程對粉末的性能產(chǎn)生了很大的影響。隨著球磨過程的進(jìn)行，粉末顆粒的粒度下降，顆粒的形貌從球形變化成不規(guī)則的片屑狀;復(fù)合粉末壓制成型性提高，硬化指數(shù)降低;同時(shí)由于混合粉末粒度的細(xì)化，比表面積增大，并產(chǎn)生大量的缺陷、應(yīng)變，從而

3、降低了粉末反應(yīng)激活能，促進(jìn)燒結(jié)過程的進(jìn)行，使復(fù)合粉末燒結(jié)更容易進(jìn)行，且復(fù)合材料微觀組織中TiC顆粒分散得更均勻。
　　(2)通過對TiC/H13鋼復(fù)合材料的燒結(jié)工藝條件的探索，得到了2％TiC顆粒增強(qiáng)的H13鋼復(fù)合材料的最佳燒結(jié)工藝條件1400℃/2h。為了改善TiC與基體的結(jié)合，促進(jìn)TiC/H13鋼混合粉的燒結(jié)，對TiC粉末顆粒進(jìn)行表面鍍鎳處理，根據(jù)燒結(jié)動力學(xué)方程，得出鍍Ni處理有利于H13鋼的燒結(jié)過程;在最佳燒結(jié)工藝條件下，在

4、H13鋼基體中，添加經(jīng)鍍鎳處理的2％的TiC顆粒作為增強(qiáng)相，可有效的提高材料的綜合性能;在室溫下，材料的硬度462 HV提高到496HV，提高了約7％;抗拉強(qiáng)度從1069MPa提高到1337MPa，提高了25％;但是沖擊韌性和塑性有少量下降。
　　(3)粉末冶金TiC/H13鋼燒結(jié)復(fù)合材料熱壓縮時(shí)，與致密材料不同，在發(fā)生了塑性變形的同時(shí)還提高了材料的致密度。對于應(yīng)力應(yīng)變曲線而言，隨應(yīng)變速率的增加，流變應(yīng)力增加;壓縮溫度的升高，流變

5、應(yīng)力水平明顯降低。低應(yīng)變速率的流變曲線比較光滑，而高應(yīng)變速率的流變曲線呈鋸齒狀。根據(jù)TiC/H13鋼復(fù)合材料高溫壓縮實(shí)驗(yàn)求出的相關(guān)材料常數(shù)，建立了峰值屈服應(yīng)力與應(yīng)變速率以及溫度之間的本構(gòu)方程:(ε)=1.98×1025×[sin(0.0107σ)]15.28 exp(-698.699×103/RT)
　　(4)基于熱加工圖的基本原理，采用高溫壓縮數(shù)據(jù)繪制了TiC/H13鋼復(fù)合材料在變形量為50％時(shí)的熱加工圖。結(jié)合熱加工圖與相應(yīng)的顯