闡述了高釩合金優(yōu)良的耐磨性能及碳化釩相對于耐磨性的意義,有關(guān)碳化釩形態(tài)的試驗(yàn)和理論研究。重點(diǎn)介紹了碳化釩形核和生長機(jī)制,各種變質(zhì)劑對其形態(tài)的影響及變質(zhì)機(jī)理后對高釩合金中碳化釩相的研究提出幾點(diǎn)建議。用SEM、XRD檢測澆注凝固后位于鑄型表面的復(fù)合粉料壓坯組織結(jié)構(gòu)的變化,證實(shí)用鑄造燒結(jié)技術(shù)可以在鑄件表面原位生成碳化釩顆粒增強(qiáng)鐵基表面復(fù)合材料。探討了粉料壓坯快速完成釩的碳化反應(yīng)和燒結(jié)致密化的機(jī)理,用MM200磨損試驗(yàn)機(jī)檢測了碳化釩顆粒增強(qiáng)鐵基表面復(fù)合材料的耐磨性。

利用TD鹽浴法,在42Cr Mo合金鋼表面制備多孔碳化釩層,并探究多孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。設(shè)計(jì)4%、6%、8%、10%和12%五種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Al含量的鹽浴劑。采用SEM、EDS、XRD和顯微硬度計(jì)等,對950℃×4 h滲釩后試樣的滲層形貌、橫截面、成分、表面硬度和鹽浴劑粉末進(jìn)行檢測分析。結(jié)果表明:4%和12%Al含量的鹽浴劑會嚴(yán)重腐蝕材料基體,表面未生成VC層;6%,8%和10%Al含量的鹽浴劑可在基體表面生成多孔狀VC層,厚度分別為8,8和6μm,滲層維氏硬度在950~1 150,約為基體硬度(450)的2.5倍;VC層的生長過程為:微量的V原子進(jìn)入基體,使奧氏體中C原子的固溶度降低,溢出的C原子聚集在晶界處并沿著晶界向外遷移,從而與鹽浴劑中的V原子生成VC晶粒,進(jìn)而在晶界處形成"凸"型VC形貌,多孔組織結(jié)構(gòu)也隨之形成;隨Al含量增加,VC晶粒擇優(yōu)向I(200)晶面生長,孔洞尺寸逐漸增大。

通過改變滲劑成分和載氣性質(zhì)兩個參數(shù),可以獲得鉻、鈦、釩等碳化物的單相沉積層。滲劑為鐵合金,其中含70～85％的滲入元素,其量視被滲元素的種類而定。滲劑顆粒相當(dāng)粗(0.5～4mm),以免使用結(jié)合劑(填充劑)。活化劑為氯化銨,含量為0.5～1％。沉積碳化鈦時,以為載氣,而在其它兩種情況下,以氫為載氣。碳?xì)浠衔?CH_4)的含量介于0.5～3％之間,視沉積鍍的類型而定。處理溫度以950℃左右為宜。滲層增長速度取決于碳在固溶體中的擴(kuò)散速度,其本身與基材中的碳含量和形成碳化物的合金元素含量密切相關(guān)。沉積層為柱狀組織,表面粗糙度低(R_T=3～4μm)保持工件處理前的表面狀態(tài)。用0.05kgf載荷測得的碳化鉻層的維氏硬度值為HV2200左右,碳化鈦及碳化釩層為HV3700左右。施載時的硬度值變化與沉積層厚度及基材強(qiáng)度相關(guān)。在碳化鈦/碳化釩摩擦偶件的情況下,碳化鈦與碳化釩顯示出優(yōu)良的摩擦特性。

利用熱分析、透射、能譜分析以及金相電鏡掃描等方法,研究了Fe-5Cr-2Mo-9V-C系合金中C量變化對凝固過程中結(jié)晶相的種類和結(jié)晶溫度的影響,初步建立了V9高釩合金(Fe-5Cr-2Mo-9V)-C的準(zhǔn)二元相圖。結(jié)果表明,V9高釩合金碳含量低于2.2%時初生相為δ相,高于2.2%初生相為MC型碳化釩;隨著碳含量的增加,碳化釩由晶間分布向晶內(nèi)分布轉(zhuǎn)化;當(dāng)碳含量為4.2%時,二元共晶碳化釩以離異共晶方式析出,碳化物多為團(tuán)球狀均勻分布。