Fe-Cr-C系碳化物形态的微观力学模拟与耐磨性能研究

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Fe-Cr-C合金体系耐磨材料被广泛运用于工业耐磨领域,其中Cr/C比值及碳化物的结构形貌是影响耐磨层摩擦学性能的关键因素。本文通过调节Cr/C比值制备得到三种典型的碳化物形貌与分布的Fe-Cr-C合金熔敷层,并基于其真实组织形貌建立微观组织有限元模型;通过X射线衍射确定组织成分并借助纳米压痕实验,对显微硬度等微观力学性能进行评价;之后,开展摩擦磨损实验,并采用基于真实组织仿真的有限元法结合Mises屈服准则和剪切破坏理论,模拟各组织真实摩擦受力条件和磨损过程,分析其抗磨机理,从而建立了Fe-Cr-C合金耐磨层的摩擦学行为与微观组织结构的对应关系。主要结论如下:Fe-Cr-C系合金熔敷层的微观结构中不同生长方向的初生M7C3碳化物分布于共晶碳化物+奥氏体基体中,碳化物的微观力学性能呈各向异性,引起熔敷层宏观耐磨性能的差异。其摩擦类型主要为粘着磨损和磨粒磨损,共晶碳化物+奥氏体基体的断裂与转移是粘着磨损的主要因素,而由于应力集中引起的初生碳化物开裂与剥落是磨粒磨损主要因素。不同的外加载荷条件会严重影响Fe-Cr-C系熔敷层的耐磨性能。较低应力时,碳化物可以发挥支撑骨架的作用,有效保护基体组织,提高熔敷层的耐磨性;随着施加载荷的增加,碳化物的应力集中随之增大,平行于熔敷层生长的碳化物优先断裂,熔敷层磨损量增加,耐磨性降低。
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