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《Thermodynamics and morphological fractal characteristics of WC particulates reinforced steel matrix composites by composite electroslag melting and casting》是一篇关于金属基复合材料制备与性能研究的学术论文。该论文探讨了通过复合电渣熔融和铸造工艺制备碳化钨(WC)颗粒增强钢基复合材料的过程,并分析了其热力学行为及形态分形特性。论文的研究成果为高性能金属基复合材料的设计与应用提供了理论依据和技术支持。
在现代工业中,金属基复合材料因其优异的机械性能、耐磨性和高温稳定性而受到广泛关注。其中,WC颗粒增强的钢基复合材料由于具有高硬度、良好的抗磨损性能以及较高的强度,被广泛应用于航空航天、汽车制造和重型机械等领域。然而,如何有效控制WC颗粒在钢基体中的分布,提高复合材料的整体性能,仍然是一个重要的研究课题。
该论文提出了一种新型的复合电渣熔融和铸造工艺,用于制备WC颗粒增强的钢基复合材料。电渣熔融技术是一种利用电流通过熔融渣层产生热量来熔化金属的方法,具有熔炼温度高、成分均匀性好等优点。结合电渣熔融与铸造工艺,能够实现WC颗粒在钢基体中的均匀分散,从而改善复合材料的微观结构和力学性能。
在论文中,作者首先介绍了实验所采用的材料和设备。实验使用的基体材料为低碳钢,WC颗粒作为增强相。实验过程中,通过精确控制电渣熔融的参数,如电流强度、电压和熔渣成分,确保了WC颗粒能够在熔融过程中均匀分布于钢基体中。同时,通过调整铸造条件,如冷却速度和模具设计,进一步优化了复合材料的组织结构。
论文还详细分析了复合材料的热力学行为。通过热力学计算和实验测试,研究了WC颗粒在钢基体中的溶解行为及其对复合材料相变的影响。结果表明,在电渣熔融过程中,WC颗粒部分溶解并与钢基体发生反应,形成了新的金属间化合物。这些化合物不仅增强了复合材料的界面结合力,还提高了材料的高温稳定性。
此外,论文还探讨了复合材料的形态分形特性。分形理论被用来描述复杂几何结构的自相似性特征,适用于分析材料的微观结构。通过对扫描电子显微镜(SEM)图像进行分形维数计算,研究者发现WC颗粒在钢基体中的分布呈现出一定的分形特征。这种分形结构有助于提高复合材料的强度和韧性,因为不规则的颗粒分布可以有效地阻碍裂纹的扩展。
研究结果表明,通过复合电渣熔融和铸造工艺制备的WC颗粒增强钢基复合材料具有良好的综合性能。实验测得的硬度、抗拉强度和耐磨性能均优于传统钢材料。同时,复合材料的微观结构分析显示,WC颗粒在钢基体中分布均匀,界面结合良好,未出现明显的偏析或聚集现象。
该论文的研究成果对于推动金属基复合材料的发展具有重要意义。一方面,它提供了一种有效的制备方法,能够解决WC颗粒在钢基体中分布不均的问题;另一方面,通过热力学和分形特性的研究,加深了对复合材料形成机制的理解,为后续的材料设计和工艺优化提供了理论支持。
综上所述,《Thermodynamics and morphological fractal characteristics of WC particulates reinforced steel matrix composites by composite electroslag melting and casting》是一篇具有较高学术价值和实用意义的研究论文。它不仅揭示了复合材料的制备过程和性能特点,还为相关领域的研究人员提供了重要的参考和启发。
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