[发明专利]一种原位合成TiC增强铁基复合材料

说明书

一种原位合成TiC增强铁基复合材料，采用钛丝与和灰铸铁通过原位自生反应成功的制备了TiC颗粒增强的铁基复合材料。复合材料相组成为TiC和α‑Fe；TiC颗粒呈近四方状或近球状，粒径在2‑5μm之间，与铁基体之间界面洁净、结合良好。热处理12h的复合材料的耐磨相性能最好，相对耐磨性为5.26。TiC/Fe复合材料在磨料磨损工况下主要的磨损机理为显微犁削机制，导致材料与磨料相对运动过程中发生材料的流失。提高了铸铁的性能。既避免了铸造法中增强相体积分数增大和增强相与铁基体的密度差异导致的铸造缺陷，又避免了粉末冶金法制备的材料增强体与基体之间结合不良等问题。

技术领域

本发明涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种原位合成TiC增强铁基复合材料。

背景技术

在钢铁中引入陶瓷颗粒增强体后，可以使其某些性能（特别是耐磨性和高温性能）得到巨大改善。TiC具有密度小、强度高、抗氧化、耐磨耐腐蚀等优异的物理化学性能，最先受到人们关注，目前不论在工艺上，还是理论上研究都比较广泛；其主要原因是TiC具有很高的热稳定性和高硬度的面心结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与铁基体结合，并且TiC的标准自由生成能△G0值较低，其合成反应易于进行，因而被广泛用作铁基复合材料的增强相。

铸造和热处理工艺相结合的方法，先将钛丝与灰铸铁进行铸造复合，然后通过热处理工艺，使钛丝与铁基体中的碳原子进行反应，成功得到了TiC增强相，提高了铸铁的性能。这种方法既避免了铸造法中增强相体积分数增大和增强相与铁基体的密度差异导致的铸造缺陷，又避免了粉末冶金法制备的材料增强体与基体之间结合不良等问题。通过调整钛丝间距、热处理时间等条件，可以在一定程度上调整合成的增强颗粒的数量、尺寸及分布。与现有的反应合成工艺相比，具有工艺相对简单、成本低等优点,是一种极具实用前景的材料复合新工艺。

发明内容

本发明的目的是为了改善铁基复合材料的硬度和耐磨性，设计了一种原位合成TiC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：

原位合成TiC增强铁基复合材料的制备原料包括：采用钛丝、灰铸铁为原材料，钛丝的作用是提供原位反应的钛原子，灰铸铁提供原位反应中的所需的碳原子并作为基体。金属钛丝选用直径0.6mm，其纯度为99.99%；灰铸铁的化学成分(质量分数,%)为：4.22C，0.58Si，0.268Mn，0.224P，0.024S，其余为Fe。

原位合成TiC增强铁基复合材料的制备步骤为：铸造法制备钛丝与灰铸铁复合试样：将钛丝按间距2mm固定在石墨坩埚中，然后用MgO碱性炉衬中频感应炉冶炼灰铸铁，在1400℃下浇注到石墨坩埚中，制成钛丝/灰铸铁复合试样。然后用数控电火花线切割制备尺寸为10mm×10mm×15mm的复合小试样。用石墨纸将钛丝/灰铸铁复合试样包好并放入管式电阻炉石英管内，通氩气保护，在1138℃保温12h，然后炉冷至室温。

原位合成TiC增强铁基复合材料的检测步骤为：样品制备完成后，制备成金相试样，用4%硝酸酒精进行腐蚀。用Xpert PRO MPD型X射线衍射仪进行物相分析；用SUPRA 55场发射扫描电镜观察显微组织结构、形貌；用EDAX能谱进行物相分析。在型号为ML-100型静载销盘磨损试验机上进行磨损试验。

本发明的有益效果是：

采用钛丝与和灰铸铁通过原位自生反应成功的制备了TiC颗粒增强的铁基复合材料。通过对复合材料的组织进行XRD物相分析、金相观察证明所获得的就是TiC增强颗粒。TiC颗粒呈近四方状或近球状，粒径在2-5μm之间，与铁基体之间界面洁净、结合良好。热处理12h的复合材料的耐磨相性能最好，相对耐磨性为5.26。TiC/Fe复合材料在磨料磨损工况下主要的磨损机理为显微犁削机制，导致材料与磨料相对运动过程中发生材料的流失。

具体实施方式

实施案例1：