熱處理對高鉻鑄鐵基蜂窩陶瓷復合材料耐磨性的影響探析

王二虎

（身份證號碼：342501197112170596， 安徽 宣城 242000）

0 引言

當前，傳統鋼鐵耐磨材料是最耐磨的一種材料，它其可分類為這幾種，其：耐磨白口鑄鐵、高錳鋼和合金鋼等。而傳統的工藝品的耐磨材料具有以下缺點：“消耗量大，周期短，壽命較短，不再具備條件滿足現代工業的滿足?！睘榇耍瑸榱藢ふ液脱邪l一種具有耐磨性、使用周期長、壽命長的金屬材料。經過無數次的實驗和提取，發現了金屬基陶瓷復合材料，它的發現是結合傳統工藝品的熱處理，它具有的優點是:具備良好的韌性和陶瓷顆粒的高硬度、高耐磨性能，減輕了材料的磨損，對壽命的提高延長了不少。由此，在工業上對鋼鐵基復合材料的市場需求，是對社會、學術界的研究具有重大意義。而我們常用的高鉻鑄鐵，在市場有很好的評價：耐磨性能高、應用比較廣，但對現在的市場需求不能滿足，因為掌握的技術并不是很好。為此，選擇合理的熱工藝處理，是解決高鉻鑄鐵與增強相結合的問題，是提高耐磨性的功能。

本實驗選擇用ZrO2增韌AL2O3(ZTA）陶瓷顆粒作為增強相，將其制備成蜂窩狀預制體，進行澆注工藝來鑄造高鉻鑄鐵金屬溶液，對復合材料進行一系列的研究，用工藝曲線比較分析，耐磨性的存在。

1 實驗

通過利用ZAT陶瓷顆粒進行對高鉻鑄鐵基蜂窩陶瓷復合材料中實驗，來提高耐磨性，通過發現碳化物體積分數，再查找相關資料發現化學成分，進行分析。再次，運用ZAT陶瓷顆粒將ZrO2增韌，再通過實驗要求，掌握熱膨脹系數，再結合相關物理知識，通過不斷實驗和記錄發現。提高組織中碳化物的體積分數，即提高基體中鉻與碳的比值，使其達到要求的所在，并將陶瓷顆粒粒度大小進行控制在12～16，其中ZrO2含量為40%，其達到相關的物理量所在。

最后，對ZAT陶瓷顆粒與粘結劑水玻璃按一定的比例混合，一是設定用200℃加熱脫模，制成蜂窩陶瓷預制體；二是設定300℃放置于水玻璃石英砂型中，并將0.5t高鉻鑄鐵放進爐進行熔煉，澆注溫度在1450～1550℃，鑄造成高鉻鑄鐵基蜂窩陶瓷復合材料。將得到的樣品進行熱處理工藝得到參數，放入箱式爐進行處理，使其進一步分析得到耐磨性最佳效果。

通過上面情況分析，對高鉻鑄鐵基陶瓷復合材料的研究，其復合區域的密度、陶瓷顆粒的密度等，用相應公式來表示，來測其體積損失來衡量試樣耐磨性的好壞，公式表示如下：

式中：ρ為復合材料的密度，ρp為ZTA陶瓷顆粒的密度，ρm為高鉻鑄鐵基體的密度，α為陶瓷顆粒所占體積分數。

2 結果與討論

2.1 奧氏體化溫度及回火溫度對復合材料的影響

在使用奧氏體化溫度的過程中，一是對于復合材料在高鉻鑄鐵基體與復合區域中，可用曲線表示伸長率曲線及熱膨脹系數；二是對基體長度、復合區的增加量進行比較等，得出結論是具有相同的變化趨勢。

對于復合材料在高鉻鑄鐵基體，使用700～900℃之間，復合區域的熱膨脹系數出現負值，這是體積收縮情況，是ZAT陶瓷顆粒發生馬氏體相變現象，是伴隨著熱脹的變化而導致的原因之一。而在回火過程中，復合材料中的高鉻鑄鐵基體與復合區域的收縮率與熱膨脹系數發生變化，在回火降溫過程中，當溫度高于350℃以上時基體收縮率高于復合區，就會出現收縮率現象；二是在回火降溫過程中，基體收縮率系數的變化，是出現在350℃以下的情況，基體收縮率就會變緩，這就發生了馬氏體相變的變故，這種試樣的結果是出現抵消的層面。而根據一份資料，可知在230～350℃之間，往往會產生負值，所體現人們的經過無數次實踐結論的正確性，證明馬氏體相變會產生抵消作用。

2.2 熱處理工藝對復合材料硬度的影響

當前，對于陶瓷顆粒與陶瓷顆粒間的金屬基體。一是用淬火溫度，設定溫度在930℃和980℃淬火時，硬度是變化不怎么大，并維持在59HRC（HR-150DT）左右做比較，當溫度達到1030℃，硬度達到效果最好，是63HRC，而在1080℃時，就開始下降；二是利用回火，設定的溫度為230℃、330℃、430℃到530℃，進行分析回火的溫度與淬火溫度的從 930℃到 1030℃時，其硬度的變化是怎么樣變化的。當回火溫度達到330℃，淬火的硬度沒啥變化；當回火溫度達到530℃，1030℃的淬火就會導致硬度下降。

對于復合區域圓柱區的基體硬度，在顆粒間的基體硬度基本在 780HV 0.3(HV-100Z）左右，并制作圖表示復合區陶瓷顆粒間金屬基體的顯微硬度。

2.3熱處理工藝對復合材料蜂窩柱狀區組織的影響

對傳統的工藝處理，進行熱處理工藝對復合材料蜂窩的影響，應當在不同淬火溫度下進行的區塊，再結合相關的化學成分與金相組織，用碳化物 M7C3來代表。而這種碳化物分為初生、共晶碳化物兩種作比較，是為了得到相應結論，是否能很好地起到耐磨作用；二是從初生碳化物與共晶碳化物的密集度作比較，是為了改進材料的耐磨性；三是利用淬火溫度進行分析，在達到1030℃時，從碳化物形態及分布做比較，看是否能找到其它方法，降低其韌性的一面。

2.4 熱處理工藝對復合材料磨損性能的影響

（1）運用不同的淬火態進行對復合材料磨損性能的影響，作比較，分辨在溫度為980℃、1030℃的淬火態，去分析隨磨態質量的升與降，其損失等，再進行尋找方法去改進的方面，從而影響著復合材料磨損性能的使用，以減少趨勢的呈現。

（2）通過分析淬火態在230℃、330℃、430℃、530℃回火情況，進行對高鉻鑄鐵在 230℃回火時對三體磨損造成法實驗體積損失結果，以及如何控制回火溫度，使復合材料的體積降到最低。通過實驗得出結論：當在430℃回火時，體積損失量值最小，一旦溫度的升高，又會加劇體積的損耗量；當在530℃，幾乎沒什么損耗量，當回火溫度再升高時，就會損耗硬度的最佳效果。

最后可知，回火溫度的變化對復合材料變化的趨勢，以及把握住溫度回火，才是達到最佳的耐磨性能。

3 結論

本文通過相關文獻資料、報告等，首先對傳統的重力澆注工藝進行分析，并如何運用，結合于淬火溫度為 930℃、980℃、1030℃、1080℃與回火溫度為 230℃、330℃、430℃、530℃等，分別將 980℃、1030℃應用到 230℃、330℃、430℃、530℃進行試樣，得出結論，在 980℃淬火進行 430℃的回火具有較好的耐磨性能；在 1030℃淬火進行 530℃的回火具有最佳的耐磨性能，從而更好的發展與推廣耐磨性與硬度變化的趨勢。