[发明专利]一种原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料

说明书

一种原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料，采用铸渗和热处理工艺相结合的方法，将纯铬丝与白口铸铁进行复合，原位生成(Fe，Cr)7C3颗粒束增强铁基复合材料。颗粒束与基体之间冶金结合良好。且随保温时间的增加颗粒束的面积不断扩大。在1180℃下保温6、6.5h后，颗粒束内无初生粗大枝晶状奥氏体存在。颗粒束内为共晶高铬铸铁组织形态；保温7h后，颗粒束内为共晶高铬铸铁和典型亚共晶高铬铸铁两种组织形态，出现初生粗大枝晶状奥氏体；保温8、7h的组织形态相似，只是奥氏体由枝晶状向近等轴状演化。颗粒束的形成过程为，Cr原子向半固态基体内扩散、C原子聚集、Fe‑Cr‑C三元体系微区形成并发生反应。颗粒束内的组织形态与三元体系微区内Cr、C的含量密切相关。

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料。

背景技术

碳化物颗粒增强钢铁基复合材料因其特有的高比强度、高比模量、耐热和耐磨等优异的综合性能成为近年来新材料开发的热点。碳化铬(Cr7C3)由于具有较高的显微硬度(1300～1800HV)、良好的耐磨性、耐腐蚀性、高温稳定性和抗氧化性等良好的物理化学性能，且与铁的相容性较好，因而是铁基复合材料的理想增强体。

碳化物颗粒增强钢铁基复合材料的制备方法较成熟的主要为原位反应生成法。原位反应生成颗粒法具有增强相颗粒细小。在基体中分布均匀、颗粒表面不受污染、与基体润湿性及结合力好等优点，使用铬合金丝、纯铬棒与灰铸铁为原材料，原位反应生成冶金结合良好的碳化物颗粒增强铁基复合材料。因此，采用原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料，可以使铁基复合材料的力学性能得以提升。

发明内容

本发明的目的是为了改善铁基复合材料的性能，设计了一种原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料的制备原料包括：白口铸铁和纯铬丝。

原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料的制备步骤为：利用Mo丝线切割机将白口铸铁切割成8.5mmx20mm小试样，并在横截面上切9个间距为2mm的lmmx20mm的孔，并从纯铬板上切割出9个尺寸为lmmx20mm的铬丝。将切好的铬棒分别插入8.5mmx20mm试样的9个孔中．制备出Cr/Fe预制体。将预制体用耐火纸包好放人石墨坩埚．将石墨坩埚放人GSL-1400X管式电阻炉中，在1200℃保温1h，然后降温至1180℃，分别保温6、6.5、7、8h。使之发生原位反应，整个过程中始终通入氩气进行保护，气体流量控制为5ml/min。

原位生成M7C3颗粒束增强铁基复合材料的检测步骤为：复合材料中的组成相分析采用日本理学X射线衍射仪进行分析，其工作电压是50kV，电流为300mA，采用Cu—Ka辐射、扫描速度为4/min，0-20扫描的角步长为0.05。；使用VEGA3LMH扫描电镜观察复合材料组织形貌。

本发明的有益效果是：

使用铸渗和热处理原位反应可以制备出(Fe，Cr)7C3，颗粒束增强铁基复合材料，束与基体之间冶金结合良好。且随保温时间的增加束的面积不断扩大，在8h时束的圆形界面被打破，面积达到最大，为36.9mm2。在1180℃下保温6、6.5h后，颗粒束内无初生粗大枝晶状奥氏体存在。颗粒束内为共晶高铬铸铁组织形态；保温7h后，颗粒束内为共晶高铬铸铁和典型亚共晶高铬铸铁两种组织形态，出现初生粗大枝晶状奥氏体；保温8、7h的组织形态相似，只是奥氏体由枝晶状向近等轴状演化。颗粒束的形成过程为，Cr原子向半固态基体内扩散、C原子聚集、Fe-Cr-C三元体系微区形成并发生反应。颗粒束内的组织形态与三元体系微区内Cr、C的含量密切相关。

具体实施方式

实施案例1：