热作模铁基高温合金覆层材料制备及组织演化机理 项目实施方案在现代工业生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备， 寿命反映了工业装备的现代化程度， 且直接影响到产品的更新换代和 市场竞争力。世界上许多工业发达的国家都特别重视模具技术的开 发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制作水 平，已取得了显著的经济效益，模具技术成为衡量一个国家制造业水 平的重要指标之一。 热作模具是模具的重要组成部分，拥有广阔的前景，是航空 航天以及精密部件制造与再制造的工具。 但热作模具使用温度会使模 腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。而热作模的工作 特点是具有间歇性， 每次使热态金属成形后都要用介质冷却模腔的表 面。因此，使模腔的表面反复承受拉压应力作用，其结果引起模腔表 面出现龟裂，并且热作模具服役环境恶劣，容易发生失效。成因主要 是由于在工作过程中与高温金属的直接接触， 热作模具会发生高温氧 化并承受着极大的冲击载荷与强烈的塑性摩擦。[1,2]。在热应力和热 应变作用下，极易发生热疲劳失效以及疲劳开裂。热疲劳是也热作模 具的主要失效形式之一，每年由此造成的损失达数亿至数十亿元，浪 费严重。因此，修复失效模具，延长模具使用寿命，降低生产成本， 已经成为亟待解决的技术难题[3]。 针对在热作模工况条件下，模具失效问题的研究一直在广泛开展。其中，可以考虑提高模具材料本身的性能来达到目标。在生产中可通 过冶炼质量控制，模具材料含有的夹杂物和模具材料中的 S、P 含量 以及有害气体元素含量进行控制，提高模具材料的性能，还可以通过 锻造质量控制和热处理技术的控制，来提高模具性能[4]。但这样的方 法对模具材料生产制造技术的要求较高， 使得模具的生产制造工艺流 程变得复杂，且增加了生产的成本，应用起来比较困难。 对热作模具进行涂覆镀层时，可选择镍基高温合金、钴基高温合 金和铁基高温合金等覆层材料。钴基、镍基合金虽具有较佳的高温性 能与耐蚀性能, 但原料稀缺, 造价昂贵, 很难广泛使用[5]。相比之下， 铁基高温合金材料成本较低， 而且铁基高温合金与大部分基材的成分 相近， 界面结合牢固。 因此， 对铁基高温合金的研究具有重要的意义。 铁基高温合金是以铁为基,配以多种元素的合金化作用来提高其 高温机械性能和高温抗腐蚀性能的特种合金。 铁基高温合金相对于镍 基和钴基高温合金而言,价格低廉,生产工艺简单，是一种普遍应用于 国防、能源、航空以及核反应等领域的高温结构材料[6]。但仍存在一 些问题使它的性能低于镍基和钴基，例如：合金粉末熔点高, 熔覆过 程中需要较高的激光功率, 且液态熔池金属流动性差；表面不平整， 熔覆层内气孔夹渣较多, 易出现裂纹和空洞；熔覆过程中合金元素烧 损严重,熔覆层成份控制不精确, 且组织不均匀等[7]。 目前已经有许多学者发表了关于铁基高温材料的论文、报道。如 唐英等人[8]研究了铁基合金粉末等离子熔覆层经 400~850℃高温处理 后的组织变化， 结果表明,合金熔覆层经 750℃处理后仍能保持原硬度,高于 750℃,硬度降低；当加热到 850℃时,基体析出颗粒状的化合物， 表明,铁基高温材料的高温磨损性能优良。郭俊德采用粉末冶金技术， 以石墨和自生氧化物为润滑相，并添加了钼、镍、铜等合金化元素， 在氢气保护气氛下制备了室温 450℃ 下可连续使用的铁基高温自润滑 材料，大大降低了生产成本[9]。杨凤琦利用 M-2000 磨损实验机测得 当 FeCrBVC 合金成分为 Cr 加入量为 35%， V 加入量为 10%， B 加入 量为 1%，C 加入量为 0.5%时，其熔覆层耐磨性最好；并利用电化学 腐蚀实验测得成分为 Cr 加入量 35%、 C 加入量为 0.5%、 B 加入量 0.5% 时，V 加入量 10%时，FeCrBVC 合金的耐蚀性最好[10]。利用这种合 金可以提高产品的耐磨性和耐腐蚀性。提高材料的使用寿命 ,减少资 源浪费,节约生产成本。 王海涛等人[6]采取正交设计方法得出铁基高温 合金中,镍、铬、铝三元素对获得较高的高温拉伸强度和较好的高温 抗氧化性能的最佳成分配比为 :10%Ni、20%Cr、3%Al，为开发研制 节镍高性能新型铁基高温合金提供必要的理论依据。郭建亭等人 [11] 发表的论文中提到 GH2135 合金具有良好的低周疲劳性能以及屈服 强度随温度的反常行为，特别适于制造航空发动机涡轮盘，是我国独 创的第一个涡轮盘铁基高温合金，这推动了我国高温合金的发展，特 别是对铁基高温合金的发展起了不可磨灭的作用。 陈国胜等人[12]设计 和研制出了一种含 0.5%左右 Nb,以 W 和 Mo 复合固溶强化的铁基高 温合金(GH2871 合金)，和现有铁基合金材料相比，它除了大幅度提 高了强度外,塑性和韧性也保持了原有的水平。 从这些研究结果中可以看出铁基高温合金具有成份可调范围广 ,良好的耐磨、耐蚀及较好的高温性能等优点, 可大幅度提高其使用寿 命、降低生产成本, 具有广泛而迫切的市场需求，有利于能源的可持 续发展，能够创造更大的社会效益和经济价值。 承上启下（项目简介的主要内容，打算研究的内容放进去） 为提高模具的使用寿命，确保产品质量，降低设备维护成本，本 项目拟结合热作模具的服役条件、失效形式、制造使用和修复技术要 求进行分析，提出模具材料和表面改性设计方案，选择铁基高温合金 覆层材料，通过研究它不同的合金成分产生的效果，找出最适合做覆 层的材料，使其合金具有更好的高温性能和抗氧化性能，工作温度达 到更高。本文利用表面熔覆技术，配置出经济效益好、硬度高、耐磨 性好、抗裂性优良的铁基合金粉末，使其容敷在钢表面使其获得无气 孔、夹渣和裂纹，形成良好的堆焊合金熔覆层。运用我国独创的高温 组织和性能，使其加工工艺更优异，为提高热作模具的质量和寿命、 促进模具的修复和再制造提供新的技术解决方案。 1.2 研究意义 尽管对热作模工况下模具覆层的研究取得了一些进展， 但现有的 研究仍有一定的局限性。本项目研究的预期成果，对推动铁基高温合 金覆层材料作为热作模具、精密和高端热机部件的修复与再制造应 用，对促进循环经济和环境保护等，具有重要的理论意义；在改善和 提高铁基高温合金覆层材料的性能质量、扩大其应用范围、节约资源 和材料、部分替代昂贵的镍基及钴基高温合金部件和制品等方面，具 有重要的技术应用价值。参考文献：[1] 熊惟皓,周理.中国模具工程大典(第 2 卷):模具材料及热处理[M]. 北京:电子工业出版社 2007: 129． [2] 李勇 , 左秀荣 , 陈蕴博 , 等 . 国内外热作模具钢的研究进展 [J]. 特殊 钢,2010,1(3):20-23. [3]孟超. 材料、 形状耦元、 热循环温度对热作模具热疲劳性能的影响， 吉林大学博士学位论文,2014.6. [4]褚作明,陈东，金康 .模具材料的选用及其性能优化 [J],金属加工， 2009,15:14-15. [5] 刘 月 龙 . 激 光 熔 覆 铁 基 合 金 涂 层 研 究 进 展 [J], 安 徽 工 业 大 学 学 报,2005,22（4）:348-351. [6] 王海涛，冯新德，王守仁等. 镍、铬、铝对铁基高温合金组织和 性能的影响.山东机械，2001，6：5-11. [7]刘月龙 ,斯松华 .激光熔覆铁基合金涂层研究进展 [A]. 安徽工业大 学学报, 2005,22(4)：348-351. [8] 唐英,林引,赵乃勤等. 高温处理对铁基合金等离子熔覆层组织的 影响[A]. 金属热处理.2008,33(12)：32-35. [9] 郭 俊 德 . 铁 基 局 温 自 润 滑 材 料 的 制 备 及 其 摩 擦 学 特 性 研 究 [D].2014. [10] 杨凤琦. 钨极氩弧堆择 Fe 基合金粉末熔覆层组织和性能研究[D].山东建筑大学硕士学位论文，2013.4，TG455：1-65. [11] 郭建亭，周兰章，袁超等. 我国独创和独具特色的几种高温合金 的组织和性能[A]. 中国有色金属学报.2011,21(2)：237-250. [12] 陈国胜,周乐澄,伍伯华等. 铁基高温合金 GH2871 成分对组织和 性能的影响[A]. 特殊钢.1994,15(6)：63-69.二、项目的创新之处 热作模铁基高温合金覆层材料制备及组织演化机理的 主要创新之处：（1）通过研究铁基覆层材料成分、显微结构与性能，分析揭 示模拟服役条件下组织演化的基本规律， 为充分发挥该铁基高温合 金材料的性能潜力提供理论依据。 （2）结合铁基高温合金覆层组织演化的基本规律，运用材料 合金化理论，分析总结此类铁基高温合金成分优化的基本思路。为 改善铁基高温合金材料的性能提供技术参考。通过本项目研究，显著改善铁基高温合金覆层材料的使 用性能，以延长热作模的使用寿命，为精密和耐高温部件的 制备、修复与再制造提供新材料新工艺，推动材料成型与机 械制造技术的进步，有利于实现材料成型加工技术的优质、 高效、节能和环保，促进装备制造业的可持续发展。三、项目的研究内容和研究目标3.1 项目研究目标（1）运用快速熔凝（TIG 焊或等离子弧焊等）方法，设计制备出铁基高温合金覆层材料样品； （2）分析揭示热作模工况下铁基高温合金覆层材料组织演化的基 本规律； （3）研究提出与热作模服役条件相适应的铁基高温合金材料优化 成分。3.2 主要研究内容（1）结合热作模具的使用性能要求，分析、论证及选择具 有较高性价比的铁基高温合金材料成分，作为快速熔凝覆层 材料的基础。 （2）研究铁基高温合金覆层材料制备的适宜方法与工艺； （3）比较研究有关合金元素对所制备覆层材料样品性能影 响的基本规律；分析研究热作模具模拟环境温度变化后，覆 层材料的显微组织与性能之间的相互关系； （4）从材料合金化理论出发，分析归纳有关合金成分对铁 基高温合金覆层材料耐热耐磨及高温抗氧化性影响的基本 趋势。四、项目研究的实施方案及拟采取研究方法和技术路线4.1 实施方案文献调研→热作模具工况及失效分析→铁基高温合金 覆层材料成分配比设计→快速熔凝方法制备铁基覆层材料 →热作模具模拟服役条件处理后覆层材料样品组织结构分 析→覆层材料样品性能测试→分析实验数据，总结基本规律 →得出结果，完成研究报告→撰写投稿论文/或申报专利。4.2 研究方法采用理论与实践相结合的研究方法，实验配方设计与表 面熔覆材料制备相结合，熔覆材料的组织结构分析与性能测 试相结合，覆层材料的性能研究与热作模具服役条件、失效 形式和制造、使用及修复技术要求相结合。 采用光学金相显微镜、SEM/电子探针、(显微)硬度计， 退火处理、高温抗氧化性试验、磨损试验等测试手段，分析 研究覆层材料的组织性能。 通过材料组织性能的分析测试，归纳提出覆层成分的优 化配方。采用设计试验、理论分析、归纳总结的方法，获得 有价值的研究成果。4.3 技术路线（1）制定项目总体工作方案与实施计划； （2）文献研读，热作模具制造、使用及修复技术要求分析， 失效分析；（3）结合热作模具服役条件，论证选择具有较高性价比的 铁基高温合金材料成分； （4）借助快速熔凝（TIG 焊或等离子弧焊等）方法，制备铁 基高温合金覆层材料样品； （5）覆层材料显微组织分析，常温及退火后覆层的硬度、 耐磨性、抗氧化性测试等； （6）研究覆层样品材料经模拟温度环境处理后的组织性能 相互关系和基本规律。 （7）分析总结相关合金元素对铁基高温合金覆层材料耐热 耐磨及高温抗氧化性影响的基本趋势。五、项目的研究基础和可行性分析 5.1 项目的研究基础 （1）课题组前期已经调研、阅读了较多的与热作模具 及铁基高温合金材料相关的表面改性文献资料。 （2）目前该项目研究的各种实验条件已经具备，材料 学院现有等离子焊机、TIG 焊机、行星式球磨机、程序控制 箱式电炉、精密电子天平（0.0001g） 、光学金相显微镜、数 显显微硬度计，校材料测试中心有 SEM 扫描电镜/电子探针、 X-RAY 衍射仪等一大批先进的材料微观及性能分析仪器设 备，可保证本项目试验研究的顺利进行。 （3）指导老师李爱农目前正参加我校承担的国家自然科学基金面上项目的有关工作（热锻模梯度结构覆层的制备与环 境服役行为,No.51475346,2015/01-2018/12、总经费 82 万 元、排名 3） 。5.2 项目的可行性分析该项目组成员由材料成型及控制工程专业的 3 名优秀本 科生和学识经验较丰富的导师组成(参见下表)，研究工作时 间充裕、团队成员组合知识水平较高、科研动手能力较强、 所需实验设备较齐全。项目组负责人及成员、指导老师信息表 项目负责人信息 姓名 性别身份证 号学号学院专业入学年 份手机胡曾一震 男3604211 0121301 材 料 学 材 料 成 2013.09 [1**********] 9950416 091428 院 0013 型及控 制工程项目组成员信息 材 料 学 材 料 成 2013.09 院 型及控 制工程 材 料 学 材 料 成 2013.09 院 型及控 制工程项目指导老师信息 姓名 性别 学院 （工 职称 （职 （专长） 作单位）务）李爱农 男 材 料 科 学 副教授 与工程学 院 材料学科 （模具表 面 工 程 、 002593 材料成型 新技术） 所 在 学 科 工资号 手机 邮箱[1**********][email protected] n在导师的指导下，经过本项目成员的科学分工和密切合 作，能顺利开展本项目研究工作，并按期完成任务，预计将 取得积极的创新研究成果。六、项目研究的预期成果 （1）通过研究铁基覆层材料成分、显微结构与性能， 分析揭示模拟服役条件下组织演化的基本规律。 （2）运用本项目研究的理论成果，结合高温合金的强 韧化理论，总结提出此类铁基高温合金成分优化的基本思 路。 （3）提交研究总结报告；完成投稿论文 1 篇或者专利 申报 1 篇。
热作模铁基高温合金覆层材料制备及组织演化机理 项目实施方案在现代工业生产中，模具是生产各种工业产品的重要工艺装备， 寿命反映了工业装备的现代化程度， 且直接影响到产品的更新换代和 市场竞争力。世界上许多工业发达的国家都特别重视模具技术的开 发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制作水 平，已取得了显著的经济效益，模具技术成为衡量一个国家制造业水 平的重要指标之一。 热作模具是模具的重要组成部分，拥有广阔的前景，是航空 航天以及精密部件制造与再制造的工具。 但热作模具使用温度会使模 腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。而热作模的工作 特点是具有间歇性， 每次使热态金属成形后都要用介质冷却模腔的表 面。因此，使模腔的表面反复承受拉压应力作用，其结果引起模腔表 面出现龟裂，并且热作模具服役环境恶劣，容易发生失效。成因主要 是由于在工作过程中与高温金属的直接接触， 热作模具会发生高温氧 化并承受着极大的冲击载荷与强烈的塑性摩擦。[1,2]。在热应力和热 应变作用下，极易发生热疲劳失效以及疲劳开裂。热疲劳是也热作模 具的主要失效形式之一，每年由此造成的损失达数亿至数十亿元，浪 费严重。因此，修复失效模具，延长模具使用寿命，降低生产成本， 已经成为亟待解决的技术难题[3]。 针对在热作模工况条件下，模具失效问题的研究一直在广泛开展。其中，可以考虑提高模具材料本身的性能来达到目标。在生产中可通 过冶炼质量控制，模具材料含有的夹杂物和模具材料中的 S、P 含量 以及有害气体元素含量进行控制，提高模具材料的性能，还可以通过 锻造质量控制和热处理技术的控制，来提高模具性能[4]。但这样的方 法对模具材料生产制造技术的要求较高， 使得模具的生产制造工艺流 程变得复杂，且增加了生产的成本，应用起来比较困难。 对热作模具进行涂覆镀层时，可选择镍基高温合金、钴基高温合 金和铁基高温合金等覆层材料。钴基、镍基合金虽具有较佳的高温性 能与耐蚀性能, 但原料稀缺, 造价昂贵, 很难广泛使用[5]。相比之下， 铁基高温合金材料成本较低， 而且铁基高温合金与大部分基材的成分 相近， 界面结合牢固。 因此， 对铁基高温合金的研究具有重要的意义。 铁基高温合金是以铁为基,配以多种元素的合金化作用来提高其 高温机械性能和高温抗腐蚀性能的特种合金。 铁基高温合金相对于镍 基和钴基高温合金而言,价格低廉,生产工艺简单，是一种普遍应用于 国防、能源、航空以及核反应等领域的高温结构材料[6]。但仍存在一 些问题使它的性能低于镍基和钴基，例如：合金粉末熔点高, 熔覆过 程中需要较高的激光功率, 且液态熔池金属流动性差；表面不平整， 熔覆层内气孔夹渣较多, 易出现裂纹和空洞；熔覆过程中合金元素烧 损严重,熔覆层成份控制不精确, 且组织不均匀等[7]。 目前已经有许多学者发表了关于铁基高温材料的论文、报道。如 唐英等人[8]研究了铁基合金粉末等离子熔覆层经 400~850℃高温处理 后的组织变化， 结果表明,合金熔覆层经 750℃处理后仍能保持原硬度,高于 750℃,硬度降低；当加热到 850℃时,基体析出颗粒状的化合物， 表明,铁基高温材料的高温磨损性能优良。郭俊德采用粉末冶金技术， 以石墨和自生氧化物为润滑相，并添加了钼、镍、铜等合金化元素， 在氢气保护气氛下制备了室温 450℃ 下可连续使用的铁基高温自润滑 材料，大大降低了生产成本[9]。杨凤琦利用 M-2000 磨损实验机测得 当 FeCrBVC 合金成分为 Cr 加入量为 35%， V 加入量为 10%， B 加入 量为 1%，C 加入量为 0.5%时，其熔覆层耐磨性最好；并利用电化学 腐蚀实验测得成分为 Cr 加入量 35%、 C 加入量为 0.5%、 B 加入量 0.5% 时，V 加入量 10%时，FeCrBVC 合金的耐蚀性最好[10]。利用这种合 金可以提高产品的耐磨性和耐腐蚀性。提高材料的使用寿命 ,减少资 源浪费,节约生产成本。 王海涛等人[6]采取正交设计方法得出铁基高温 合金中,镍、铬、铝三元素对获得较高的高温拉伸强度和较好的高温 抗氧化性能的最佳成分配比为 :10%Ni、20%Cr、3%Al，为开发研制 节镍高性能新型铁基高温合金提供必要的理论依据。郭建亭等人 [11] 发表的论文中提到 GH2135 合金具有良好的低周疲劳性能以及屈服 强度随温度的反常行为，特别适于制造航空发动机涡轮盘，是我国独 创的第一个涡轮盘铁基高温合金，这推动了我国高温合金的发展，特 别是对铁基高温合金的发展起了不可磨灭的作用。 陈国胜等人[12]设计 和研制出了一种含 0.5%左右 Nb,以 W 和 Mo 复合固溶强化的铁基高 温合金(GH2871 合金)，和现有铁基合金材料相比，它除了大幅度提 高了强度外,塑性和韧性也保持了原有的水平。 从这些研究结果中可以看出铁基高温合金具有成份可调范围广 ,良好的耐磨、耐蚀及较好的高温性能等优点, 可大幅度提高其使用寿 命、降低生产成本, 具有广泛而迫切的市场需求，有利于能源的可持 续发展，能够创造更大的社会效益和经济价值。 承上启下（项目简介的主要内容，打算研究的内容放进去） 为提高模具的使用寿命，确保产品质量，降低设备维护成本，本 项目拟结合热作模具的服役条件、失效形式、制造使用和修复技术要 求进行分析，提出模具材料和表面改性设计方案，选择铁基高温合金 覆层材料，通过研究它不同的合金成分产生的效果，找出最适合做覆 层的材料，使其合金具有更好的高温性能和抗氧化性能，工作温度达 到更高。本文利用表面熔覆技术，配置出经济效益好、硬度高、耐磨 性好、抗裂性优良的铁基合金粉末，使其容敷在钢表面使其获得无气 孔、夹渣和裂纹，形成良好的堆焊合金熔覆层。运用我国独创的高温 组织和性能，使其加工工艺更优异，为提高热作模具的质量和寿命、 促进模具的修复和再制造提供新的技术解决方案。 1.2 研究意义 尽管对热作模工况下模具覆层的研究取得了一些进展， 但现有的 研究仍有一定的局限性。本项目研究的预期成果，对推动铁基高温合 金覆层材料作为热作模具、精密和高端热机部件的修复与再制造应 用，对促进循环经济和环境保护等，具有重要的理论意义；在改善和 提高铁基高温合金覆层材料的性能质量、扩大其应用范围、节约资源 和材料、部分替代昂贵的镍基及钴基高温合金部件和制品等方面，具 有重要的技术应用价值。参考文献：[1] 熊惟皓,周理.中国模具工程大典(第 2 卷):模具材料及热处理[M]. 北京:电子工业出版社 2007: 129． [2] 李勇 , 左秀荣 , 陈蕴博 , 等 . 国内外热作模具钢的研究进展 [J]. 特殊 钢,2010,1(3):20-23. [3]孟超. 材料、 形状耦元、 热循环温度对热作模具热疲劳性能的影响， 吉林大学博士学位论文,2014.6. [4]褚作明,陈东，金康 .模具材料的选用及其性能优化 [J],金属加工， 2009,15:14-15. [5] 刘 月 龙 . 激 光 熔 覆 铁 基 合 金 涂 层 研 究 进 展 [J], 安 徽 工 业 大 学 学 报,2005,22（4）:348-351. [6] 王海涛，冯新德，王守仁等. 镍、铬、铝对铁基高温合金组织和 性能的影响.山东机械，2001，6：5-11. [7]刘月龙 ,斯松华 .激光熔覆铁基合金涂层研究进展 [A]. 安徽工业大 学学报, 2005,22(4)：348-351. [8] 唐英,林引,赵乃勤等. 高温处理对铁基合金等离子熔覆层组织的 影响[A]. 金属热处理.2008,33(12)：32-35. [9] 郭 俊 德 . 铁 基 局 温 自 润 滑 材 料 的 制 备 及 其 摩 擦 学 特 性 研 究 [D].2014. [10] 杨凤琦. 钨极氩弧堆择 Fe 基合金粉末熔覆层组织和性能研究[D].山东建筑大学硕士学位论文，2013.4，TG455：1-65. [11] 郭建亭，周兰章，袁超等. 我国独创和独具特色的几种高温合金 的组织和性能[A]. 中国有色金属学报.2011,21(2)：237-250. [12] 陈国胜,周乐澄,伍伯华等. 铁基高温合金 GH2871 成分对组织和 性能的影响[A]. 特殊钢.1994,15(6)：63-69.二、项目的创新之处 热作模铁基高温合金覆层材料制备及组织演化机理的 主要创新之处：（1）通过研究铁基覆层材料成分、显微结构与性能，分析揭 示模拟服役条件下组织演化的基本规律， 为充分发挥该铁基高温合 金材料的性能潜力提供理论依据。 （2）结合铁基高温合金覆层组织演化的基本规律，运用材料 合金化理论，分析总结此类铁基高温合金成分优化的基本思路。为 改善铁基高温合金材料的性能提供技术参考。通过本项目研究，显著改善铁基高温合金覆层材料的使 用性能，以延长热作模的使用寿命，为精密和耐高温部件的 制备、修复与再制造提供新材料新工艺，推动材料成型与机 械制造技术的进步，有利于实现材料成型加工技术的优质、 高效、节能和环保，促进装备制造业的可持续发展。三、项目的研究内容和研究目标3.1 项目研究目标（1）运用快速熔凝（TIG 焊或等离子弧焊等）方法，设计制备出铁基高温合金覆层材料样品； （2）分析揭示热作模工况下铁基高温合金覆层材料组织演化的基 本规律； （3）研究提出与热作模服役条件相适应的铁基高温合金材料优化 成分。3.2 主要研究内容（1）结合热作模具的使用性能要求，分析、论证及选择具 有较高性价比的铁基高温合金材料成分，作为快速熔凝覆层 材料的基础。 （2）研究铁基高温合金覆层材料制备的适宜方法与工艺； （3）比较研究有关合金元素对所制备覆层材料样品性能影 响的基本规律；分析研究热作模具模拟环境温度变化后，覆 层材料的显微组织与性能之间的相互关系； （4）从材料合金化理论出发，分析归纳有关合金成分对铁 基高温合金覆层材料耐热耐磨及高温抗氧化性影响的基本 趋势。四、项目研究的实施方案及拟采取研究方法和技术路线4.1 实施方案文献调研→热作模具工况及失效分析→铁基高温合金 覆层材料成分配比设计→快速熔凝方法制备铁基覆层材料 →热作模具模拟服役条件处理后覆层材料样品组织结构分 析→覆层材料样品性能测试→分析实验数据，总结基本规律 →得出结果，完成研究报告→撰写投稿论文/或申报专利。4.2 研究方法采用理论与实践相结合的研究方法，实验配方设计与表 面熔覆材料制备相结合，熔覆材料的组织结构分析与性能测 试相结合，覆层材料的性能研究与热作模具服役条件、失效 形式和制造、使用及修复技术要求相结合。 采用光学金相显微镜、SEM/电子探针、(显微)硬度计， 退火处理、高温抗氧化性试验、磨损试验等测试手段，分析 研究覆层材料的组织性能。 通过材料组织性能的分析测试，归纳提出覆层成分的优 化配方。采用设计试验、理论分析、归纳总结的方法，获得 有价值的研究成果。4.3 技术路线（1）制定项目总体工作方案与实施计划； （2）文献研读，热作模具制造、使用及修复技术要求分析， 失效分析；（3）结合热作模具服役条件，论证选择具有较高性价比的 铁基高温合金材料成分； （4）借助快速熔凝（TIG 焊或等离子弧焊等）方法，制备铁 基高温合金覆层材料样品； （5）覆层材料显微组织分析，常温及退火后覆层的硬度、 耐磨性、抗氧化性测试等； （6）研究覆层样品材料经模拟温度环境处理后的组织性能 相互关系和基本规律。 （7）分析总结相关合金元素对铁基高温合金覆层材料耐热 耐磨及高温抗氧化性影响的基本趋势。五、项目的研究基础和可行性分析 5.1 项目的研究基础 （1）课题组前期已经调研、阅读了较多的与热作模具 及铁基高温合金材料相关的表面改性文献资料。 （2）目前该项目研究的各种实验条件已经具备，材料 学院现有等离子焊机、TIG 焊机、行星式球磨机、程序控制 箱式电炉、精密电子天平（0.0001g） 、光学金相显微镜、数 显显微硬度计，校材料测试中心有 SEM 扫描电镜/电子探针、 X-RAY 衍射仪等一大批先进的材料微观及性能分析仪器设 备，可保证本项目试验研究的顺利进行。 （3）指导老师李爱农目前正参加我校承担的国家自然科学基金面上项目的有关工作（热锻模梯度结构覆层的制备与环 境服役行为,No.51475346,2015/01-2018/12、总经费 82 万 元、排名 3） 。5.2 项目的可行性分析该项目组成员由材料成型及控制工程专业的 3 名优秀本 科生和学识经验较丰富的导师组成(参见下表)，研究工作时 间充裕、团队成员组合知识水平较高、科研动手能力较强、 所需实验设备较齐全。项目组负责人及成员、指导老师信息表 项目负责人信息 姓名 性别身份证 号学号学院专业入学年 份手机胡曾一震 男3604211 0121301 材 料 学 材 料 成 2013.09 [1**********] 9950416 091428 院 0013 型及控 制工程项目组成员信息 材 料 学 材 料 成 2013.09 院 型及控 制工程 材 料 学 材 料 成 2013.09 院 型及控 制工程项目指导老师信息 姓名 性别 学院 （工 职称 （职 （专长） 作单位）务）李爱农 男 材 料 科 学 副教授 与工程学 院 材料学科 （模具表 面 工 程 、 002593 材料成型 新技术） 所 在 学 科 工资号 手机 邮箱[1**********][email protected] n在导师的指导下，经过本项目成员的科学分工和密切合 作，能顺利开展本项目研究工作，并按期完成任务，预计将 取得积极的创新研究成果。六、项目研究的预期成果 （1）通过研究铁基覆层材料成分、显微结构与性能， 分析揭示模拟服役条件下组织演化的基本规律。 （2）运用本项目研究的理论成果，结合高温合金的强 韧化理论，总结提出此类铁基高温合金成分优化的基本思 路。 （3）提交研究总结报告；完成投稿论文 1 篇或者专利 申报 1 篇。