納米結(jié)構(gòu)珠光體鋼絲及其復(fù)合材料三體磨料磨損特性的研究.pdf

1、本文利用TEM、X-ray測試技術(shù)，通過對強烈冷拉伸塑性變形下珠光體鋼絲材微觀結(jié)構(gòu)組織特征的演變，研究了：(1)強烈冷拉塑性變形下，珠光體鋼顯微組織的演變特征；(2)納米結(jié)構(gòu)組織的形成機制；(2)退火處理對微觀組織結(jié)構(gòu)及性能的影響；(3)珠光鋼絲的強化機制。在本文中，還介紹了納米結(jié)構(gòu)絲材增強聚氨酯(PU)耐磨復(fù)合材料的制備工藝；利用自制三體磨料磨損試驗機測試復(fù)合材料的耐磨性能；利用SEM測試技術(shù)對磨損形貌進行分析，討論復(fù)合材料的三體磨料

2、磨損機理。 強烈冷拉塑性變形條件下，珠光體鋼(72A鉛浴態(tài))組織中的鐵素體演變?yōu)槌毦?、納米晶。變形過程中，鐵素體的多數(shù)滑移系開啟，晶體在不同滑移系滑動導(dǎo)致了鐵素體發(fā)生了嚴(yán)重的細化；隨著變形量的進一步增加，晶粒發(fā)生變形、畸變，形成很多的亞晶粒，鐵素體中滑移開啟的這些晶面的衍射譜逐步轉(zhuǎn)化為環(huán)狀，這也表明了鐵素體的小角度晶界已多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?。大角度晶界的形成可能是由于柏氏矢量平行于晶界面的的可滑動或剪切位錯數(shù)量增加，導(dǎo)致晶粒發(fā)

3、生轉(zhuǎn)動，從而小角度晶界演變成為大角度晶界。 強烈冷拉塑性變形條件下，珠光體組織中的大部分滲碳體片也已演變?yōu)榧{米尺度晶粒。拉伸變形過程中，滲碳體在拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生變形(如彎曲等)、減薄、頸縮和斷裂；在拉伸應(yīng)力以及剪切應(yīng)力作用下滲碳體片發(fā)生剪切滑移，表面形成滑移臺階；滲碳體厚度減薄以及滲碳體表面的滑移小臺階使?jié)B碳體的單位體積的表面積增加，這將導(dǎo)致并加大滲碳體相發(fā)生溶解，這是由于滲碳體的減薄以及由Gibbs-Thommson效應(yīng)使?jié)B

4、碳體相變得不穩(wěn)定，或是由于滲碳體界面處的位錯密度以及位錯與滲碳體接觸區(qū)域的增加的緣故。鐵素體中的碳與位錯的結(jié)合焓超過了鐵素體中滲碳體的溶解熱，這也可能是滲碳體發(fā)生溶解的原因。 在200℃退火，鐵素體片層以及其微觀內(nèi)部應(yīng)力幾乎沒發(fā)生變化。在相鄰鐵素體片層之間析出了大量的納米尺度的球狀滲碳體。300℃退火時，球狀滲碳體數(shù)量急劇增多。通過觀察，低溫退火發(fā)生了相平衡回復(fù)，同時各種缺陷也得到了回復(fù)。400℃退火時，發(fā)現(xiàn)鐵素體發(fā)生了再結(jié)晶，

5、球狀顆粒變粗大；500℃退火，組織完全形成等軸晶組織；當(dāng)退火溫度超過550℃，大部分球狀滲碳體顆粒發(fā)生合并，形成完整的片狀的滲碳體。拉伸試驗表明，低溫退火時絲材的抗拉強度有所提高而韌性有所下降；可能是由于析出的納米尺度滲碳體顆粒與位錯的相互作用引起的強化導(dǎo)致的。當(dāng)退火超過700℃，韌性得到了大幅度提高，同時抗拉強度急劇下降。 強烈冷拉塑性變形后，珠光體鋼可獲得很高的強度和硬度，并具有較理想的韌性。當(dāng)晶粒細化到納米尺度，對珠光體鋼

6、絲強度變化呈現(xiàn)出特殊性。強烈冷拉塑性變形以及低溫退火處理下，鋼的強化機制主要有位錯強化、間隙固溶強化晶界強化以及析出強化等。 將強烈冷拉塑性變形法制備的絲材編織成網(wǎng)，與聚氨酯(PU)復(fù)合制備耐磨復(fù)合材料。三體磨料磨損實驗得出，納米結(jié)構(gòu)絲材增強聚氨酯復(fù)合材料的磨損性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的抗磨材料高鉻鑄鐵。通過SEM對復(fù)合材料的磨損機理進行分析，納米結(jié)構(gòu)絲材的磨損主要是短程犁溝、微觀切削以及絲的斷裂剝落，聚氨酯基體的磨損以塑性堆積、犁削和