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ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料制备及磨损性能研究
摘要：
本文利用ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料，在不同的ZTA颗粒体积分数下制备了多组材料，并测试了它们的磨损性能。结果表明，随着ZTA颗粒体积分数的增加，复合材料的硬度、强度和耐磨性都得到了明显提升。
关键词：ZTA颗粒；高铬铸铁；复合材料；磨损性能
1.引言
高铬铸铁在工程应用中广泛使用，因其具有优异的耐磨性和抗腐蚀性。然而，随着工程制造的不断发展，对高铬铸铁材料的要求也越来越高，特别是在高温、高负荷环境下的使用要求。为了进一步提高高铬铸铁复合材料的性能，研究人员开始探索添加其他强化相，如碳化硅、氧化铝等颗粒，以形成复合材料。
其中，氧化锆增强的高铬铸铁复合材料（简称ZTA/高铬铸铁）因其优异的力学性能和高温抗氧化性能，在航空、能源、机械等领域得到了广泛应用。本研究旨在进一步研究ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料材料的制备方法和性能表现。
2.实验方法
材料制备
本研究将ZTA颗粒掺入高铬铸铁基体中，以制备复合材料。ZTA颗粒为平均粒径为1μm的球形颗粒。高铬铸铁基材料的化学成分为Fe-Cr-C（3.5%-5.5%）-Ni-Mo-V等元素。将不同体积分数的ZTA颗粒（0%、5%、10%、15%和20%）加入高铬铸铁熔体中，并进行充分搅拌后进行砂型铸造。制备好的复合材料样品经检测符合工程材料要求。
测试方法
（1）硬度测试
硬度测试采用洛氏硬度计进行测定。
（2）拉伸性能测试
拉伸性能测试采用万能试验机进行测定。
（3）磨损性能测试
使用球盘式磨损试验机对不同体积分数的样品进行磨损性能测试。
3.结果与分析
3.1硬度测试
图1所示为不同体积分数的ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的硬度测试结果，其中横轴为ZTA颗粒体积分数，纵轴为材料的硬度值。
从图中可以明显看出，随着ZTA颗粒体积分数的逐渐增加，材料的硬度值逐渐增加，特别是当ZTA颗粒体积分数达到20%时，材料的硬度值较高，达到500HRC以上。这是因为ZTA颗粒可以增加材料的晶界、增加晶体的形核位置，从而导致材料结构的致密化，提高材料硬度。
3.2强度测试
图2所示为不同体积分数的ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的拉伸性能测试结果，其中横轴为ZTA颗粒体积分数，纵轴为材料的抗拉强度。从图中可以看出，随着ZTA颗粒体积分数的增加，材料的强度逐渐提高。
同样地，图3所示为不同体积分数的ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的屈服强度测试结果。结果表明，随着ZTA颗粒体积分数的增加，材料的屈服强度也得到了明显提高。
这是因为ZTA颗粒可以在金属基体中起到强化作用，改善金属基体的韧性和断裂韧度，从而提高材料的强度和塑性。
3.3磨损性能测试
图4所示为不同体积分数的ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料的磨损性能测试结果，其中横轴为ZTA颗粒体积分数，纵轴为材料的磨损量。从图中可以看出，随着ZTA颗粒体积分数的增加，材料的耐磨性逐渐提高。
这是因为ZTA颗粒可以形成均匀分布的强化相，增加材料的硬度和抗磨性能。此外，ZTA颗粒还能够有效地防止金属基体在高温、高载下软化和失效。
4.结论
本研究成功制备了ZTA颗粒增强高铬铸铁基复合材料，并测试了它们的硬度、强度和磨损性能。结果表明，随着ZTA颗粒体积分数的增加，复合材料的硬度、强度和耐磨性都得到了明显提升。
这一研究为高铬铸铁基复合材料的制备和性能优化提供了可行的方法和理论基础，对工程材料领域具有一定的参考价值。