邱博等：宏观颗粒增强铁基复合材料的制备与性能 ·971· ②将预热后的陶瓷颗粒加入陶瓷腔5内至满，熔融金 属液浇入金属腔8内至满.③将上模1和下模4在115 MPa的压力下闭合并锁紧后，迅速施加125MPa的外加 压力推动陶瓷腔压头6和金属腔压头9，以150mms-1 的填充速度将陶瓷和金属液连续不断的推入充型浇道 7内，在金属液流经陶瓷腔的上方时，利用其动能和黏 性实现对陶瓷颗粒的挟裹，从而形成均匀的固液混合 物充填工件腔3.④陶瓷/金属混合物充填工件腔之 后，工件腔压头2施加130MPa的压力进行补压并保压 30s,以实现复合材料的补充收缩与凝固.⑤解除陶瓷 腔压头6、金属腔压头9和工件腔压头2的压力，工件 图1ZTA陶瓷颗粒的外观形貌 腔压头2回程，打开上模1和下模4，取出工件腔3内 Fig.1 Surface morphology of ZTA ceramic particles 的工件，得到复合材料抗磨件 表1ZTA陶瓷颗粒的物理、力学性能 Table I Physical and mechanical properties of ZTA ceramic particles 密度/(g·cm3) 显微硬度，HV 熔点/℃ 断裂韧性/(MPa·m2) 抗弯强度/MPa 4.0 1500~1700 1890 7.0-8.0 500-600 表2高铬铸铁基体成分表（质量分数） Table 2 Composition table of high chromium cast iron matrix % Si Mn Cr Mo Ni Fe 2.8-3.0 0.8-1.0 1.8-2.0 25~27 0.7w1.0 0.9-1.3 0.3-0.5 余量 合模与领紧 的一侧颗粒分布相对较密，而远离浇道的一侧颗粒 分布则相对较疏.鉴于此，将抗磨块的取样位置选 在了长度方向的中间区域，即在颗粒分布相对较均 匀的中间处取样，如图3所示.对于每个抗磨件，在 位置1处取10mm×10mm×10mm的金相试样，在 位置2处取10mm×10mm×55mm的冲击试样以及 在位置3处取10mm×10mm×20mm的磨损试样， 所有试样均从抗磨件高度方向的中部取得 充型与顶出 1一上模：2一工件腔压头：3一工件腔：4一下模：5一陶瓷腔： 6一陶瓷腔压头：7一充型浇道：8一金属腔：9一金属腔压头 图2“随流混合+高压复合”技术制备复合材料的工作原理图 图3复合抗磨件取样位置示意图 Fig.2 Working principle of composites prepared by "mixing by the Fig.3 Sampling position diagram of composites molten metal and cohering by high pressures"technology 金相试样经磨抛后用体积分数为4%的硝酸乙 1.3制样与组织性能检测方法 醇对其表面进行腐蚀，并采用DMI2000X倒置金相 使用装有金刚石切割片的切割机在复合抗磨件 显微镜观察复合材料的微观组织.采用TH300型洛 上切取金相试样、冲击试样和耐磨试样.在抗磨块 式硬度计和MH-5L型数字显微硬度计分别测量复 的制备过程中，当金属熔体与陶瓷颗粒实现混合后 合材料的宏观硬度和显微硬度，前者选用洛式金刚 经浇道流向工件腔时，可能会造成抗磨件靠近浇道 石圆锥压头，加载1470N,保持时间2s,测量5次取邱 博等: 宏观颗粒增强铁基复合材料的制备与性能 图 1 ZTA 陶瓷颗粒的外观形貌 Fig. 1 Surface morphology of ZTA ceramic particles 于将预热后的陶瓷颗粒加入陶瓷腔 5 内至满,熔融金 属液浇入金属腔8 内至满. 盂将上模1 和下模4 在115 MPa 的压力下闭合并锁紧后,迅速施加125MPa 的外加 压力推动陶瓷腔压头6 和金属腔压头9,以150 mm·s -1 的填充速度将陶瓷和金属液连续不断的推入充型浇道 7 内,在金属液流经陶瓷腔的上方时,利用其动能和黏 性实现对陶瓷颗粒的挟裹,从而形成均匀的固液混合 物充填工件腔 3. 榆陶瓷/ 金属混合物充填工件腔之 后,工件腔压头2 施加130 MPa 的压力进行补压并保压 30 s,以实现复合材料的补充收缩与凝固. 虞解除陶瓷 腔压头6、金属腔压头 9 和工件腔压头 2 的压力,工件 腔压头2 回程,打开上模 1 和下模 4,取出工件腔 3 内 的工件,得到复合材料抗磨件. 表 1 ZTA 陶瓷颗粒的物理、力学性能 Table 1 Physical and mechanical properties of ZTA ceramic particles 密度/ (g·cm - 3 ) 显微硬度,HV 熔点/ 益 断裂韧性/ (MPa·m 1 / 2 ) 抗弯强度/ MPa 4郾 0 1500 ~ 1700 1890 7郾 0 ~ 8郾 0 500 ~ 600 表 2 高铬铸铁基体成分表 (质量分数) Table 2 Composition table of high chromium cast iron matrix % C Si Mn Cr Mo W Ni Fe 2郾 8 ~ 3郾 0 0郾 8 ~ 1郾 0 1郾 8 ~ 2郾 0 25 ~ 27 0郾 7 ~ 1郾 0 0郾 9 ~ 1郾 3 0郾 3 ~ 0郾 5 余量 1—上模; 2—工件腔压头; 3—工件腔; 4—下模; 5—陶瓷腔; 6—陶瓷腔压头; 7—充型浇道; 8—金属腔; 9—金属腔压头 图 2 “随流混合 + 高压复合冶技术制备复合材料的工作原理图 Fig. 2 Working principle of composites prepared by “mixing by the molten metal and cohering by high pressures冶 technology 1郾 3 制样与组织性能检测方法 使用装有金刚石切割片的切割机在复合抗磨件 上切取金相试样、冲击试样和耐磨试样. 在抗磨块 的制备过程中,当金属熔体与陶瓷颗粒实现混合后 经浇道流向工件腔时,可能会造成抗磨件靠近浇道 的一侧颗粒分布相对较密,而远离浇道的一侧颗粒 分布则相对较疏. 鉴于此,将抗磨块的取样位置选 在了长度方向的中间区域,即在颗粒分布相对较均 匀的中间处取样,如图 3 所示. 对于每个抗磨件,在 位置 1 处取 10 mm 伊 10 mm 伊 10 mm 的金相试样,在 位置2 处取10 mm 伊 10 mm 伊 55 mm 的冲击试样以及 在位置 3 处取 10 mm 伊 10 mm 伊 20 mm 的磨损试样, 所有试样均从抗磨件高度方向的中部取得. 图 3 复合抗磨件取样位置示意图 Fig. 3 Sampling position diagram of composites 金相试样经磨抛后用体积分数为 4% 的硝酸乙 醇对其表面进行腐蚀,并采用 DM2000X 倒置金相 显微镜观察复合材料的微观组织. 采用 TH300 型洛 式硬度计和 MH鄄鄄5L 型数字显微硬度计分别测量复 合材料的宏观硬度和显微硬度,前者选用洛式金刚 石圆锥压头,加载 1470 N,保持时间 2 s,测量 5 次取 ·971·