【摘 要】
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高温铝液具有很强的腐蚀性,在铝合金熔炼、热浸镀铝及铝合金产品制造过程中,模具、坩埚等与铝液直接接触的零部件在工作中会受到铝液的腐蚀与冲刷、磨损的交互作用,极易损坏
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高温铝液具有很强的腐蚀性,在铝合金熔炼、热浸镀铝及铝合金产品制造过程中,模具、坩埚等与铝液直接接触的零部件在工作中会受到铝液的腐蚀与冲刷、磨损的交互作用,极易损坏。这将造成铝液污染、制品质量下降、生产成本提高、效率降低等问题。因此开发新型耐铝液腐蚀-磨损材料是当前工业生产中的迫切需求。Fe-Cr-B合金是一种非常有潜力的耐铝液腐蚀-磨损材料,合金中的硼化物具有优异的耐铝液腐蚀-磨损性能,但硼化物的网状分布严重割裂了基体,造成材料的韧性较差,很难应用到实际生产。稀土变质处理及合金化可以改善硼化物的形态,但关于变质处理与合金化对Fe-Cr-B合金耐铝液腐蚀-磨损性能的影响鲜有报道。本文以Fe-Cr-B合金为研究对象,通过添加和调整合金中Ce、W、B元素的含量,研究了上述元素对Fe-Cr-B合金组织、力学性能、耐铝液腐蚀及腐蚀-磨损性能的影响。主要研究结论如下:(1)Fe-Cr-B合金通过稀土Ce变质处理配合W合金化的方式,可获得良好的冲击韧性,M5(Fe-15.0Cr-1.4B-1.0W-0.6Ce)的冲击韧性比M1(Fe-15.0Cr-1.3B)提高了2.9倍。Ce的加入可以脱硫脱氧,净化晶界,而W则可以提高硼化物的韧性,且二者共同作用,可使合金中硼化物连续性逐渐降低、尺寸减小,硼化物的分布更加均匀,进而提高合金的冲击韧性。另外,随着W、B含量的升高,材料的洛氏硬度与压缩强度逐渐提高,但材料的塑性逐渐减小。(2)M2B型硼化物具有优异的耐铝液腐蚀性能,且硼化物的体积、形态及分布均会对材料的耐铝液腐蚀性能产生影响。合金M10(Fe-15.0Cr-3.9B-4.9W-0.6Ce)的耐铝液腐蚀性能最佳,约为H13钢的5.3倍。B含量的升高,可以提高合金中硼化物的体积分数,并形成更大尺寸的硼化物来阻挡铝液的腐蚀,延缓金属间化合物层的剥落,进而提高材料的耐铝液腐蚀性能。合金M5耐铝液腐蚀与韧性的综合性能最佳,Ce和W的添加使硼化物在基体中的分布更加均匀,提高韧性的同时还可以延缓铝液的侵蚀从而保护基体。(3)不同成分的Fe-Cr-B合金均具有优异的耐铝液腐蚀-磨损性能。M10(Fe-15.0Cr-3.9B-4.9W-0.6Ce)的耐腐蚀-磨损性能最佳,比H13提高了2.9倍。M5(Fe-15.0Cr-1.4B-1.0W-0.6Ce)兼具韧性、耐铝液腐蚀及腐蚀-磨损性能,综合性能优异。合金在铝液中的腐蚀-磨损材料流失量远大于其纯腐蚀与纯磨损条件下材料流失量之和,即腐蚀与磨损具有相互促进的效果,二者的交互作用是导致Fe-Cr-B合金失效的主要原因。
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