《空間結構韌化鋼基複合材料的衝擊磨料磨損行為》是依託昆明理工大學，由盧德宏擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：空間結構韌化鋼基複合材料的衝擊磨料磨損行為
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：盧德宏
- 依託單位：昆明理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對陶瓷顆粒增強鋼鐵基複合材料抗衝擊磨料磨損性能不足的問題，研究空間結構韌化鋼基MMCs的衝擊磨料磨損行為，重點研究空間結構對其的影響。為此，在MMCs浸漬製備中，利用3D印表機製備陶瓷顆粒空間結構，實現結構單元形狀、尺寸和排列的精確控制和大範圍改變。研究空間結構對MMCs力學性能、壓縮疲勞失效行為的影響。由簡入繁逐步研究磨料磨損、衝擊磨損和衝擊磨料磨損行為，採用先進分析手段和計算機數值分析，對磨損表面、亞表層、磨屑等的形貌和組織特徵進行深入表征，尤其是空間結構中複合材料區和純基體區的應力應變分布、陶瓷顆粒的破碎和裂紋的萌生和擴展、塑性變形和加工硬化等行為。解決兩種區域的磨損協同作用機理、衝擊和磨料磨損的互動作用兩個關鍵科學問題。最終掌握空間結構對鋼基MMCs的磨損機理的影響規律，構建其衝擊磨料磨損模型。項目為耐磨MMCs的結構最佳化設計和耐磨性提高提供理論依據。
結題摘要
本項目為了解決陶瓷顆粒增強鋼鐵基複合材料抗衝擊磨料磨損性能不足的問題，研究空間結構韌化鋼基複合材料的衝擊磨料磨損行為。 首先，項目採用3D列印和擠壓鑄造相結合的方法製備了陶瓷顆粒增強鋼基複合材料以及純鋼三維互穿空間結構複合材料，最佳化了鋼基體和粘接劑。 其次，系統研究了空間結構形式和材料因素對複合材料力學性能的影響規律和破壞機理。獲得了最佳化的空間結構-圓柱三維網路結構。所有複合區體積分數（35%~100%）的空間結構複合材料的壓縮強度和塑性都高於均勻分散複合材料，體現出空間結構對複合材料優異的強化和韌化作用。降低複合區體積分數，提高基體強度，改善ZTA/40Cr鋼界面結合，對三維結構相交處進行平滑處理，都可提高複合材料強度和塑性。 在壓縮疲勞下，空間結構複合材料的疲勞壽命約為均勻分散複合材料的6倍。X射線三維CT掃描表明，空間結構能夠影響疲勞裂紋的萌生和擴展，阻止其向縱深擴展，從而提高疲勞壽命。 然後，研究了三體磨料磨損條件下，空間結構複合材料的磨損性能及磨損機理。所有複合區體積分數複合材料的耐磨性都高於兩種組成材料，尤其是50%時最高，比均勻分散複合材料提高40.8%。提高鋼基體硬度，加入10%Ti粉，複合材料的耐磨性也升高。由此，建立了空間結構複合材料磨料磨損的數學模型。 最後，系統研究了衝擊磨料磨損條件下，空間結構複合材料耐磨性的變化規律及其磨損機理。同樣，所有體積分數的空間結構複合材料的耐磨性都比均勻分散複合材料高，且在50%時達到最高，提高114.7%，證明三維互傳網路結構能夠大幅度提高複合材料的耐磨性。隨基體硬度升高，複合材料耐磨性也顯著提高。進一步調整複合區基體組織為高鉻鑄鐵（基體區不變），複合材料耐磨性進一步提高19.9%。 結合計算機模擬、納米壓痕等，總結出了空間結構複合材料的衝擊磨料磨損機理，提出了空間結構對複合材料磨損的兩方面貢獻:複合區對周圍基體區的保護，基體區對複合區裂紋的阻礙。項目為耐磨複合材料的結構最佳化和耐磨性提高提供了依據。
