阐述了高钒合金优良的耐磨性能及碳化钒相对于耐磨性的意义,有关碳化钒形态的试验和理论研究。重点介绍了碳化钒形核和生长机制,各种变质剂对其形态的影响及变质机理后对高钒合金中碳化钒相的研究提出几点建议。用SEM、XRD检测浇注凝固后位于铸型表面的复合粉料压坯组织结构的变化,证实用铸造烧结技术可以在铸件表面原位生成碳化钒颗粒增强铁基表面复合材料。探讨了粉料压坯快速完成钒的碳化反应和烧结致密化的机理,用MM200磨损试验机检测了碳化钒颗粒增强铁基表面复合材料的耐磨性。
利用TD盐浴法,在42Cr Mo合金钢表面制备多孔碳化钒层,并探究多孔结构的形成机理。设计4%、6%、8%、10%和12%五种不同质量分数Al含量的盐浴剂。采用SEM、EDS、XRD和显微硬度计等,对950℃×4 h渗钒后试样的渗层形貌、横截面、成分、表面硬度和盐浴剂粉末进行检测分析。结果表明:4%和12%Al含量的盐浴剂会严重腐蚀材料基体,表面未生成VC层;6%,8%和10%Al含量的盐浴剂可在基体表面生成多孔状VC层,厚度分别为8,8和6μm,渗层维氏硬度在950~1 150,约为基体硬度(450)的2.5倍;VC层的生长过程为:微量的V原子进入基体,使奥氏体中C原子的固溶度降低,溢出的C原子聚集在晶界处并沿着晶界向外迁移,从而与盐浴剂中的V原子生成VC晶粒,进而在晶界处形成"凸"型VC形貌,多孔组织结构也随之形成;随Al含量增加,VC晶粒择优向I(200)晶面生长,孔洞尺寸逐渐增大。
通过改变渗剂成分和载气性质两个参数,可以获得铬、钛、钒等碳化物的单相沉积层。渗剂为铁合金,其中含70～85％的渗入元素,其量视被渗元素的种类而定。渗剂颗粒相当粗(0.5～4mm),以免使用结合剂(填充剂)。活化剂为氯化铵,含量为0.5～1％。沉积碳化钛时,以为载气,而在其它两种情况下,以氢为载气。碳氢化合物(CH_4)的含量介于0.5～3％之间,视沉积镀的类型而定。处理温度以950℃左右为宜。渗层增长速度取决于碳在固溶体中的扩散速度,其本身与基材中的碳含量和形成碳化物的合金元素含量密切相关。沉积层为柱状组织,表面粗糙度低(R_T=3～4μm)保持工件处理前的表面状态。用0.05kgf载荷测得的碳化铬层的维氏硬度值为HV2200左右,碳化钛及碳化钒层为HV3700左右。施载时的硬度值变化与沉积层厚度及基材强度相关。在碳化钛/碳化钒摩擦偶件的情况下,碳化钛与碳化钒显示出优良的摩擦特性。
利用热分析、透射、能谱分析以及金相电镜扫描等方法,研究了Fe-5Cr-2Mo-9V-C系合金中C量变化对凝固过程中结晶相的种类和结晶温度的影响,初步建立了V9高钒合金(Fe-5Cr-2Mo-9V)-C的准二元相图。结果表明,V9高钒合金碳含量低于2.2%时初生相为δ相,高于2.2%初生相为MC型碳化钒;随着碳含量的增加,碳化钒由晶间分布向晶内分布转化;当碳含量为4.2%时,二元共晶碳化钒以离异共晶方式析出,碳化物多为团球状均匀分布。