再生WCP/Fe-C基复合材料耐磨特性研究

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实验将回收的废旧失效复合材料辊环,通过重新熔炼和离心铸造,制备了再生WC_P/Fe-C复合材料厚壁环铸件,并利用JB147/294A型冲击试验机、HR-150D洛氏硬度计、MMS-1G高速销盘摩擦试验机研究其组织、力学性能和磨损特性,采用JSM-5610LV型扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对再生复合材料的微观组织、磨损形貌及磨损机理进行了分析讨论。试验结果表明:在离心力的作用下,重熔混合熔体中的未溶WC_P向外侧偏聚而形成再生复合材料外层和芯部Fe-C合金基体层组成的复合结构厚壁环铸件。厚壁环外部再生复合材料层厚度达到10~17mm;再生复合材料层的硬度高达HRA83,而芯部基体的硬度为HRA72;再生复合材料层和芯部基体层的冲击韧性,分别达到了3.2J/cm~2和6J/cm~2。微观组织分析表明:再生复合材料层内WC_P呈多面体形状,均匀的分布在Fe-C合金基体内,所占体积分数约为70vol%左右,而且WC_P体积分数沿径向由外到内逐渐降低;芯部基体主要由针状贝氏体、原位析出短杆状及网状碳化物、少量未熔的碳化钨颗粒和球状或团片状石墨组成。磨损试验结果表明,在不同载荷条件下,随磨损速度的增加,复合层的摩擦系数逐渐减下,磨损率逐渐增加;芯部基体的摩擦系数随磨损速度的增加呈下降趋势,而磨损率则随磨损速度增加而增加。在不同磨损速度下,再生复合材料层的摩擦系数随载荷的增加呈下降趋势,磨损率则随载荷的增加逐渐增大,并且曲线斜率变化较小;厚壁环芯部Fe-C合金基体的摩擦系数随载荷的增加呈减小趋势,在载荷小于150N时,芯部基体磨损率随载荷增加而缓慢增加,当载荷超过150N时,再生复合材料磨损率迅速增大,载荷对磨损率影响较大。在相同实验条件下,通过与原生WC_P/Fe-C复合材料、硬质合金、高速钢的对比可知,虽然再生复合材料层的耐磨性能相对于硬质合金与原生WC_P/Fe-C复合材料来说,有所降低,但是却远高于高速钢的磨损性能;芯部基体的耐磨性能均高于高鉻铸铁与原WC_P/Fe-C复合材料基体。这表明无论是再生复合材料层还是芯部基体都具有较好的耐磨性能。磨损机理分析结果表明,再生复合材料在一定磨损速度和载荷的条件下具有稳定的耐磨性能,复合层在低速条件下的磨损机理主要是犁沟磨损和塑性变形,而当磨损速度与法向载荷较高时,其磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损;再生复合材料环芯部基体在低速磨损条件下具有较好的耐磨性能,载荷和磨损速度相对较低时,其磨损机理主要是塑性变形和犁沟磨损,而当载荷和磨损速度较高时,其磨损机理主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。
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