铸渗法制备颗粒增强铁基铸渗法制备颗粒增强铁基 表层复合材料表层复合材料实验六实验六 材料成形与制备材料成形与制备铸造及耐磨材料研究所实验目的实验目的 了解铸渗法制备颗粒增强铁基表层复合材料了解铸渗法制备颗粒增强铁基表层复合材料 的工艺过程。的工艺过程。 观察和分析颗粒增强铁基表层复合材料的组观察和分析颗粒增强铁基表层复合材料的组 织特点。织特点。 分析陶瓷颗粒与金属的润湿性对复合材料组分析陶瓷颗粒与金属的润湿性对复合材料组 织性能的影响规律。织性能的影响规律。铸渗法制备局部复合材料铸渗法制备局部复合材料抗磨层基体满足力学性能要 求局部复合材料是实现部件多性能化的重要途径！就本实验课制备的铁基表层复合 材料而言，是将作为增强相的陶瓷颗 粒预先固定在铸件型腔特定位置，然 后注入金属液，金属液浸润陶瓷颗粒 并渗透到其中的间隙，并有一定程度 的交互作用，最终在铸件表面形成具 有一定厚度的复合材料。铸渗法制备局部复合材料铸渗法制备局部复合材料液态金属通过铸渗技术制备表 面复合材料示意 图铸渗法铸渗法普通铸渗工艺普通铸渗工艺压力铸渗工艺压力铸渗工艺离心铸渗工艺离心铸渗工艺负压铸渗工艺负压铸渗工艺普通铸渗的影响因素普通铸渗的影响因素增强颗粒与凝固界面的相互作用。增强颗粒与凝固界面的相互作用。 基体材质、浇注温度、浇注速度对铸渗的基体材质、浇注温度、浇注速度对铸渗的 影响。影响。 浇注系统的设置对铸渗的影响。浇注系统的设置对铸渗的影响。 铸件大小对铸渗的影响。铸件大小对铸渗的影响。 增强颗粒对铸渗的影响。增强颗粒对铸渗的影响。基体与增强相之间相互作用的情况基体与增强相之间相互作用的情况1.平整界面：基体与增强相之间 不相互作用，也互不溶解，界面 两侧都机械铆合，仅靠范德华力 物理结合，这是弱的结合方式。 如： Al2O3的界面，ZTA界面。 2.2.界面为犬牙交错界面为犬牙交错 的溶解扩散界面，的溶解扩散界面， 基体与增强相之间基体与增强相之间 不发生化学反应但不发生化学反应但 相互溶解，如：相互溶解，如： WCWC。 3.3.基体与增强相间基体与增强相间 发生化学反应且在发生化学反应且在 界面上生成化合物界面上生成化合物 。WC颗粒碳化物珠光体腐蚀剂：（三氯化铁5g盐酸50ml水100ml ）Al2O3Al2O3和和WCWC颗粒之间的界面不同。颗粒之间的界面不同。Al2O3Al2O3不互相溶解，不互相溶解， WCWC在界面有溶解和扩散现象：改变了在界面有溶解和扩散现象：改变了 WCWC颗粒与基体的结合性质，而且由于颗粒与基体的结合性质，而且由于WW、FeFe元素的相互扩散元素的相互扩散 渗透，渗透， WCWC与基体界面成为一个微观区域，形成了冶金结合。与基体界面成为一个微观区域，形成了冶金结合。基体与增强相之间相互作用的情况基体与增强相之间相互作用的情况基体材质、浇注温度、浇注速度对铸渗的影响基体材质、浇注温度、浇注速度对铸渗的影响 1.1.熔点：熔点：熔点低，在铸渗过程中易于保持液相流动状态，持熔点低，在铸渗过程中易于保持液相流动状态，持 续液相铸渗过程。续液相铸渗过程。 2.2.液态金属的流动性：液态金属的流动性：流动性好，则液态金属充填颗粒间隙的阻力小，有流动性好，则液态金属充填颗粒间隙的阻力小，有 利于形成复合层。而浇注温度较高，加速液相金属利于形成复合层。而浇注温度较高，加速液相金属 的铸渗，充填颗粒的间隙变化，有利于形成复合层的铸渗，充填颗粒的间隙变化，有利于形成复合层 。温度过高的负面影响：晶粒过大，温度过高的负面影响：晶粒过大，WCWC颗粒过度溶颗粒过度溶 解，基体中解，基体中WW的含量增加，降低材料的机械性能。的含量增加，降低材料的机械性能。增强颗粒均为WC颗粒，基体不同，浇铸温度也不同高 锰 钢 基 体合 金 钢 基 体球墨铸铁灰铸铁高铬铸铁增强颗粒均为WC颗粒，基体不同，浇铸温度也不同增强相对铸渗效果的影响增强相对铸渗效果的影响系系统统条件条件T/T/润润湿角湿角 Al2O3-FeAl2O3-Fe15501550141141 Al2O3-NiAl2O3-Ni15001500128128 WC-FeWC-Fe149014900 0WC-NiWC-Ni138013800 0颗粒 不同Al2O3ZTAWC 增强相对铸渗效果的影响增强相对铸渗效果的影响增强相材料的粒度，粒度的大小影 响着铸渗过程中液态金属的流动性 ，微区基体组织的合金化成份，最 终影响着复合材料的综合性能。粒度不同负压铸渗负压铸渗u实型铸渗法：预先用聚苯乙烯泡沫制备出铸件模型，然后 在所需部位涂上铸渗用的粉末,再将模型埋入真空沙箱内浇注 ，泡沫模型燃烧成为气体，同时金属液，在负压吸引下渗入 粉末涂层，能最后形成铸渗复合层。 u空腔负压铸渗：将铸件模型埋入真空沙箱，并在其上覆盖 一层塑料薄膜，然后再抽真空。需要增加额外设备，铸渗驱动力增 加，同时粘砂现象严重，清理困难负压铸渗普通铸渗耐磨机理耐磨机理三体磨损复合材料 磨损面形貌三体磨损复合材 料磨损面直切面 形貌磨料运动方向磨料运动方向硬质相颗粒基体 表面复合材料的微 观组织The moving direction of hot steel在轧钢用导位板的局部表面制备具有硬质相 颗粒的表面复合材料提高局部表面的耐磨性高锰钢基复合材料高锰钢基复合材料以硬质 WC 颗粒作为抗磨增 强相，采用铸造的方法在部 件工作表面制备复合材料， 以提高材料的耐磨性。而部 件的心部仍保持为传统的高 锰钢，从而不影响高锰钢本 身良好的韧性，最终达到部 件的耐磨性与韧性的共同提 升。 表层复合材料 (约10mm)高锰钢 基体20mm1mmWC颗粒高锰钢基体高铬铸铁表面复合材料采用表面复合材料制备的破碎机部件高铬铸铁基复合材料高铬铸铁基复合材料具有“蜂巢”状结构的立式水泥磨磨辊 1.1.实验前认真阅读铸铁专业知识，了解铸渗工艺大致包括哪实验前认真阅读铸铁专业知识，了解铸渗工艺大致包括哪 些，有何差异；些，有何差异； 2.2.了解复合材料的制备工艺及试验方法；了解复合材料的制备工艺及试验方法； a a、材料选择：基体材料选用高铬铸铁、球墨铸铁、灰口铸铁、材料选择：基体材料选用高铬铸铁、球墨铸铁、灰口铸铁 ，增强相选择，增强相选择AlAl2 2OO3 3，WCWC； b b、铸型条件：水玻璃石英砂干型。浇注温度为分别为、铸型条件：水玻璃石英砂干型。浇注温度为分别为1450 1450 、1380 1380 、13501350； c c、工艺过程：称取一定量的、工艺过程：称取一定量的AlAl2 2OO3 3、WCWC颗粒，加入占颗粒重量颗粒，加入占颗粒重量 1 13 3的自制复合剂和适量的水，混合均匀，辅助在铸型的的自制复合剂和适量的水，混合均匀，辅助在铸型的 特定位置，随铸型一起烘干即可浇注；特定位置，随铸型一起烘干即可浇注； d d、坯试样的设计：要求具有一定的热容量，便于液态金属渗、坯试样的设计：要求具有一定的热容量，便于液态金属渗 入入AlAl2 2OO3 3、WCWC颗粒缝隙形成复合材料试样，同时，毛坯试样颗粒缝隙形成复合材料试样，同时，毛坯试样 的形状要简单，便于造型的后续加工。的形状要简单，便于造型的后续加工。实验报告要求实验报告要求1.1.简述铸渗工艺的原理及普通铸渗、负压铸渗的实验过程；简述铸渗工艺的原理及普通铸渗、负压铸渗的实验过程； 2.2.的特点；的特点； 3.3.用铸渗通过组织观察分析铸渗法制备复材合料的组织特点用铸渗通过组织观察分析铸渗法制备复材合料的组织特点 ，并描绘出不同陶瓷颗粒与金属基界面法制备的复合材料，并描绘出不同陶瓷颗粒与金属基界面法制备的复合材料 不同的陶瓷颗粒与不同的金属基体结合有那些特点。不同的陶瓷颗粒与不同的金属基体结合有那些特点。 4.4.实验报告不要打印！实验报告不要打印！所画试样：颗粒大小不同 ： WC大小颗粒 增强颗粒不同：Al2O3,WC 从以上三个方面浇铸温度不同：高铬铸铁，球墨铸铁，灰口铸 铁 对复合材料进行对比，分析增强颗粒与金属基体结合的特点。