熱處理對高鉻鑄鐵基蜂窩陶瓷復(fù)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(dāng)前，傳統(tǒng)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(tǒng)的工藝品的耐磨材料具有以下缺點(diǎn)：“消耗量大，周期短，壽命較短，不再具備條件滿足現(xiàn)代工業(yè)的滿足。”為此，為了尋找和研發(fā)一種具有耐磨性、使用周期長、壽命長的金屬材料。經(jīng)過無數(shù)次的實驗和提取，發(fā)現(xiàn)了金屬基陶瓷復(fù)合材料，它的發(fā)現(xiàn)是結(jié)合傳統(tǒng)工藝品的熱處理，它具有的優(yōu)點(diǎn)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(yè)上對鋼鐵基復(fù)合材料的市場需求，是對社會、學(xué)術(shù)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(yīng)用比較廣，但對現(xiàn)在的市場需求不能滿足，因為掌握的技術(shù)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(qiáng)相結(jié)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(qiáng)相，將其制備成蜂窩狀預(yù)制體，進(jìn)行澆注工藝來鑄造高鉻鑄鐵金屬溶液，對復(fù)合材料進(jìn)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(jìn)行對高鉻鑄鐵基蜂窩陶瓷復(fù)合材料中實驗，來提高耐磨性，通過發(fā)現(xiàn)碳化物體積分?jǐn)?shù)，再查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)化學(xué)成分，進(jìn)行分析。再次，運(yùn)用ZAT陶瓷顆粒將ZrO2增韌，再通過實驗要求，掌握熱膨脹系數(shù)，再結(jié)合相關(guān)物理知識，通過不斷實驗和記錄發(fā)現(xiàn)。提高組織中碳化物的體積分?jǐn)?shù)，即提高基體中鉻與碳的比值，使其達(dá)到要求的所在，并將陶瓷顆粒粒度大小進(jìn)行控制在12～16，其中ZrO2含量為40%，其達(dá)到相關(guān)的物理量所在。

最后，對ZAT陶瓷顆粒與粘結(jié)劑水玻璃按一定的比例混合，一是設(shè)定用200℃加熱脫模，制成蜂窩陶瓷預(yù)制體；二是設(shè)定300℃放置于水玻璃石英砂型中，并將0.5t高鉻鑄鐵放進(jìn)爐進(jìn)行熔煉，澆注溫度在1450～1550℃，鑄造成高鉻鑄鐵基蜂窩陶瓷復(fù)合材料。將得到的樣品進(jìn)行熱處理工藝得到參數(shù)，放入箱式爐進(jìn)行處理，使其進(jìn)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(fù)合材料的研究，其復(fù)合區(qū)域的密度、陶瓷顆粒的密度等，用相應(yīng)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(fù)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?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 奧氏體化溫度及回火溫度對復(fù)合材料的影響

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

對于復(fù)合材料在高鉻鑄鐵基體，使用700～900℃之間，復(fù)合區(qū)域的熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值，這是體積收縮情況，是ZAT陶瓷顆粒發(fā)生馬氏體相變現(xiàn)象，是伴隨著熱脹的變化而導(dǎo)致的原因之一。而在回火過程中，復(fù)合材料中的高鉻鑄鐵基體與復(fù)合區(qū)域的收縮率與熱膨脹系數(shù)發(fā)生變化，在回火降溫過程中，當(dāng)溫度高于350℃以上時基體收縮率高于復(fù)合區(qū)，就會出現(xiàn)收縮率現(xiàn)象；二是在回火降溫過程中，基體收縮率系數(shù)的變化，是出現(xiàn)在350℃以下的情況，基體收縮率就會變緩，這就發(fā)生了馬氏體相變的變故，這種試樣的結(jié)果是出現(xiàn)抵消的層面。而根據(jù)一份資料，可知在230～350℃之間，往往會產(chǎn)生負(fù)值，所體現(xiàn)人們的經(jīng)過無數(shù)次實踐結(jié)論的正確性，證明馬氏體相變會產(chǎn)生抵消作用。

2.2 熱處理工藝對復(fù)合材料硬度的影響

當(dāng)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(shè)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(dāng)溫度達(dá)到1030℃，硬度達(dá)到效果最好，是63HRC，而在1080℃時，就開始下降；二是利用回火，設(shè)定的溫度為230℃、330℃、430℃到530℃，進(jìn)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(dāng)回火溫度達(dá)到330℃，淬火的硬度沒啥變化；當(dāng)回火溫度達(dá)到530℃，1030℃的淬火就會導(dǎo)致硬度下降。

對于復(fù)合區(qū)域圓柱區(qū)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(fù)合區(qū)陶瓷顆粒間金屬基體的顯微硬度。

2.3熱處理工藝對復(fù)合材料蜂窩柱狀區(qū)組織的影響

對傳統(tǒng)的工藝處理，進(jìn)行熱處理工藝對復(fù)合材料蜂窩的影響，應(yīng)當(dāng)在不同淬火溫度下進(jìn)行的區(qū)塊，再結(jié)合相關(guān)的化學(xué)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(yīng)結(jié)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(jìn)材料的耐磨性；三是利用淬火溫度進(jìn)行分析，在達(dá)到1030℃時，從碳化物形態(tài)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(fù)合材料磨損性能的影響

（1）運(yùn)用不同的淬火態(tài)進(jìn)行對復(fù)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(tài)，去分析隨磨態(tài)質(zhì)量的升與降，其損失等，再進(jìn)行尋找方法去改進(jìn)的方面，從而影響著復(fù)合材料磨損性能的使用，以減少趨勢的呈現(xiàn)。

（2）通過分析淬火態(tài)在230℃、330℃、430℃、530℃回火情況，進(jìn)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(jié)果，以及如何控制回火溫度，使復(fù)合材料的體積降到最低。通過實驗得出結(jié)論：當(dāng)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(dāng)在530℃，幾乎沒什么損耗量，當(dāng)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(fù)合材料變化的趨勢，以及把握住溫度回火，才是達(dá)到最佳的耐磨性能。

3 結(jié)論

本文通過相關(guān)文獻(xiàn)資料、報告等，首先對傳統(tǒng)的重力澆注工藝進(jìn)行分析，并如何運(yùn)用，結(jié)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(yīng)用到 230℃、330℃、430℃、530℃進(jìn)行試樣，得出結(jié)論，在 980℃淬火進(jìn)行 430℃的回火具有較好的耐磨性能；在 1030℃淬火進(jìn)行 530℃的回火具有最佳的耐磨性能，從而更好的發(fā)展與推廣耐磨性與硬度變化的趨勢。