铸造碳化钨颗粒增强铜基复合材料的研究.pdf

摘要

摘要

本文研究了铸态Cu20Ni20Mn和Cu20Ni35Mn合金的时效硬化特性及其
与铸造碳化钨的界面特性，并在此基础上以不同尺寸(42-362}m)的铸造
碳化钨颗粒为增强体，采用真空热压液相烧结技术制备了不同颗粒含量(0-
45vol.%)的铸造碳化钨颗粒增强Cu-Ni-Mn合金基复合材料;以不同粒度的
Sic为磨料，在不同载荷条件下利用销一盘磨损试验机测试了复合材料的二
体磨料磨损性能。磨损试验结果表明，铸造碳化钨颗粒增强Cu-Ni-Mn合金
基复合材料具有比较高的抗磨料磨损能力，而且其耐磨性随着铸造碳化钨颗
粒体积分数及尺寸的增大而提高，表现出了强烈的“体积效应”及“尺、J效
应”，尤其是在低载荷、细磨料磨损条件下，复合材料表现出更好的耐磨性，
即使与高铬铸铁(Cr28)相比也有很大程度的提高。通过时效处理，复合材
料的基体得到强化，比铸态复合材料具有更高的磨料磨损耐磨性。

「关键词]颗粒增强铸造碳化钨复合材料磨料磨损
ABSTRCT

ABSTRACT
Theagehardeningcharacteristicofas-castCu20Ni20MnandCu20Ni35Mn
alloysandtheinterfacecharacteristicbetweenthealloyandcasttungstencarbide
werestudied,andonthebasisofthisstudy,compositesofCu-Ni-Mnalloy
reinforcedwithdiferentvolumefraction(0-45vol%)anddiferentsize
(42-3621xm)ofcasttungstencarbideparticlesweremadebyvacuum
hot-pressingliquidsinteringtechnology.Pinondisktwobodyabrasiontestshave
beenperformedwithdifferentsizeofSiCabrasiveunderdifferentloads.The
resultsshowthatthecompositesweremorewearresistantthanthematrix,
contributingtothe"volumeefect"and"sizeefect",thewearresistance
increaseswiththeparticlecontentandsize.Thecompositeshowsbeterwear
resistancethanhighchromiumcastironmaterialespeciallyinlowloadandfine
abrasivetestcondition.Theresultsalsoindicatethatthecompositestrengthened
byageingtreatmentwasmorewearresistantthanas-castcomposite.

[Keywords]Particlereinforce;Casttungstencarbide;Composite;Abrasivewear

」
第一章问题的提出

第一章问题的提出

I磨料磨损机理
磨损是相互接触的物体在相对运动中表层材料不断损伤及消耗的过程，
也是伴随摩擦能量消耗而产生的必然结果。基于诱发磨损的系统环境条件的
差异，通常将磨损分为磨料磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损等。
其中，磨料磨损是最普遍的磨损形式，据统计，在工业生产中因磨料磨损所
造成的材料损失占整个磨损损失的一半左右[11
在欧洲合作与发展组织(OECD)编定的摩擦学术语中对磨料磨损所下
的定义为:“由于硬颗粒或硬突起物使材料产生迁移而造成的一种磨损。’，[21
磨料磨损的分类方法有很多，按磨料的运动状态可分为二体磨料磨损和
三体磨料磨损。二体磨料磨损特点是硬质颗粒直接作用于被磨材料表面上，
而三体磨料磨损的特点是硬质颗粒处于两个被磨表面之间。
磨料磨损很少是一种单一的磨损机制引起的，而经常是多种磨损机制综
合作用的结果，而且随着磨损条件的变化，可以从一种磨损机制转化为另一
种磨损机制。
拉宾诺维奇(E.Rabinowicz)在1966年提出一个简单的磨料磨损模型并
推导出计算材料体积损失的数学表达式[21，即
V尸
K
L一一-H一(1一1)

式中，V一材料体积损失

L一滑动距离
P一施加载荷
H一材料硬度
K-一磨料磨损系数
以上表达式表明，在一定的磨料条件};，单位滑动距离内材料的磨损体
积损失与施加的载荷成正比，与材料的硬度成反比。在同样磨料条件下，磨
损类型不同，磨料磨损系数