【摘 要】
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在铝加工工业中,诸如模具铸造、半固态成形及热浸镀铝生产过程中,相应的与铝液接触的零部件（如模具、喷嘴、坩埚等）遭受铝液的熔蚀,动态熔蚀-冲蚀甚至是熔蚀-磨损,这将使得零部件的使用寿命缩短甚至失效。此外,熔蚀部件持续恶化是不可预知和控制的,因此会产生大量的维护及替换成本。所以,亟需制备出耐铝液熔蚀-磨损性能优异的铸钢。本文主要针对钢在铝液中熔蚀及熔蚀-磨损问题,研究了Cr、B、Mo、Ti元素合金化调
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:耐高温熔蚀-磨损网络结构陶瓷/金属新材料及其机理研究（51271080）； 广东省自然科学基金项目:耐熔蚀-磨损网络结构陶瓷/金属复合材料研究（S2013010013269）；
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在铝加工工业中,诸如模具铸造、半固态成形及热浸镀铝生产过程中,相应的与铝液接触的零部件（如模具、喷嘴、坩埚等）遭受铝液的熔蚀,动态熔蚀-冲蚀甚至是熔蚀-磨损,这将使得零部件的使用寿命缩短甚至失效。此外,熔蚀部件持续恶化是不可预知和控制的,因此会产生大量的维护及替换成本。所以,亟需制备出耐铝液熔蚀-磨损性能优异的铸钢。本文主要针对钢在铝液中熔蚀及熔蚀-磨损问题,研究了Cr、B、Mo、Ti元素合金化调控M2B（M=Fe,Cr,Mo）及Ti B2作为增强相及高Al/B含量强化的高硼铸钢的组织、力学性能及其耐铝液熔蚀、熔蚀-磨损性能。此外,并对材料的耐铝液熔蚀-磨损机理进行了系统的分析。取得主要的研究结论如下:（1）铸钢中B,Cr含量可显著改变M2B硼化物的形貌及其晶体结构。其中,随着B含量增（1.0～1.5wt.%?3.5～4.0wt.%）和Cr含量相对减少（16.5～17.0wt.%?14.0～14.5wt.%）,M2B硼化物由富Fe的正方晶系的（Fe,Cr）2B向正交晶系的（Cr,Fe）2B转变。（2）相比富Fe的M2B硼化物及Cr2B,仅有正交晶系的（Cr,Fe）2B与铝液反应形成周期性层状结构（PLSs）结构。得益于（Cr,Fe）2B及其熔蚀产物PLSs的保护作用,在750°C的铝液熔蚀8h及在10N-150 mm?s-1-30min熔蚀-磨损条件下,Fe-14.0～14.5wt.%Cr-3.5～4.0wt.%B铸钢的体积损失速率较H13分别降低了78%和70%。（3）粗大的初晶富Cr的M2B硼化物和不规则块体过共晶富Mo的M2B硼化物及形成熔蚀产物（如突体）能有效阻挡铝液扩散、减少熔蚀产物的剥落速率。Fe-4.0～4.5wt.%B-14.5～16.0wt.%Cr-8.0～8.5wt.%Mo-2.0～3.5wt.%Al高硼铸钢在10N-150mm?s-1-30min熔蚀-磨损条件的体积损失速率较H13钢降低了88%。（4）随着Ti元素添加,得益于组织中Ti B2相的生成,M2B硼化物明显发生断网、细化,高硼铸钢的韧性显著提高,并且能保持良好的耐熔蚀性。（5）硼化物增强的高硼铸钢熔蚀-磨损失重主要源于熔蚀-磨损交互作用对材料的破坏,此外,随着载荷增大、转速的提高,熔蚀-磨损时间的延长,高硼铸钢遭受了熔蚀与磨损强烈的交互作用产生更大的质量/体积损失。该过程主要包括基体的熔蚀、M2B硼化物相的失效及熔蚀产物的剥落。
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