油砂分离旋流器用硬质合金-原位生成TiCp/高铬铸铁基复合材料的研究

作     者：范明洋 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨吉春;程军

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：自蔓延高温合成 硬质合金 高铬铸铁 颗粒增强 耐磨性 

摘      要：旋流器作为油砂分离的重要工具,其内衬的磨损严重制约着油砂的开采。高铬铸铁是一种较为常见的耐磨材料,但在面对旋流器内衬的应用上仍有许多不足,提升其耐磨性刻不容缓。本文利用自蔓延高温合成(SHS)和真空消失模铸造相结合的方法,添加YG8硬质合金颗粒和YT15硬质合金颗粒,制备了原位合成Ti Cp/高铬铸铁基复合材料,采用显微组织观察、场发射电子显微镜、物相成分分析、维氏硬度测试和干砂橡胶轮磨损试验检测方法,来研究硬质合金颗粒对Ti Cp/高铬铸铁基复合材料组织和性能的影响。光学显微镜观察结果显示,基体和界面处互相渗透,复合材料呈现良好的冶金结合;利用场发射电子显微镜结果显示,YG8及YT15硬质合金颗粒分别和高铬铸铁基体呈现良好的冶金结合,当硬质合金颗粒加入量为10 wt.%,反应速率合适,原位合成Ti C颗粒呈现椭球型,此时Ti C颗粒的均匀度和分布量为最佳,其直径大约为0.5～3μm。通过XRD物相分析及微观组织的观察可知,复合材料主要成分由硬质合金、Ti C及MC碳化物、马氏体和奥氏体基体组成,硬质合金的加入后MC碳化物和马氏体的增加,奥氏体减少。YG8硬质合金-Ti Cp/高铬铸铁基复合材料中YG8颗粒加入量10 wt.%时,硬度以及耐磨性能最佳,其显微硬度是高铬铸铁基体相的2.40倍,可达1348HV,显微压痕的深度较Cr26高铬铸铁降低了35.15%,在45N、90N和130N的载荷下的耐磨性分别是高铬铸铁的2.63、3.30和3.26倍。YT15硬质合金-Ti Cp/高铬铸铁基复合材料中YT15加入量为10 wt.%时,硬度以及耐磨性能最佳,显微硬度可达高铬铸铁基体相的2.67倍,最高可达1509HV,显微压痕深度较Cr26高铬铸铁的降低了54.00%,在45N、90N和130N的载荷下的耐磨性分别是高铬铸铁的3.09、3.70和3.57倍。这表明硬质合金颗粒、Ti C增强相,可以起到支撑并保护材料的作用,使其在磨损的过程中有效减少磨损对自身材料的损伤。