Microstructure and properties of alumina ceramic particle reinforced Fe–Ni–Mo–C–Cu composites prepared by powder forging
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摘要:
通过粉末锻造技术制备了不同含量微米级Al2O3颗粒强化的Fe–Ni–Mo–C–Cu（Q61）复合材料，并对调质态和淬火态复合材料的组织和性能进行了研究。结果表明：当Al2O3质量分数为0.15%时，增强颗粒在基体内分布均匀；相较于同种状态下不添加增强颗粒的单一Q61，调质态复合材料的硬度从HRC 38增至HRC 39.8，屈服强度从
1106 MPa增至1121 MPa，延伸率从12%降至6.5%；淬火态复合材料的硬度从HRC 61.5增至HRC 63.2，磨损率从5.27×10−6 mm3·m−1·N−1降至3.08×10−6 mm3·m−1·N−1，低于对比试验用的典型齿轮材料40Cr的磨损率（3.34×10−6 mm3·m−1·N−1）。当Al2O3质量分数大于0.15%时，Al2O3颗粒逐渐偏聚，虽然调质态下复合材料屈服强度仍继续小幅增加，但塑性严重退化，且淬火态复合材料磨损率增加，耐磨性变差。综合来看，添加0.15%Al2O3颗粒强化Q61复合材料在调质态下具有较高的综合力学性能，而在淬火态下表现出良好的抗摩擦磨损能力。Abstract:The Fe–Ni–Mo–C–Cu (Q61) composites reinforced by Al2O3 particles with different contents were prepared by powder forging. The microstructure and properties of the tempered and quenched Q61 composites were studied. The results show that, when the mass fraction of Al2O3 is 0.15%, the Al2O3 particles are distributed homogeneously in the matrix. Compared with the single Q61 without reinforced particles under the same state, the hardness and yield strength of the tempered composites are increased from HRC 38 and
1106 MPa to HRC 39.8 and1121 MPa, respectively, while the elongation is decreased from 12% to 6.5%; the hardness of the quenched Q61 composites is enhanced from HRC 61.5 to HRC 63.2, and the wear rate is reduced from 5.27×10−6 mm3·m−1·N−1 to 3.08×10−6 mm3·m−1·N−1, lower than that of the typical 40Cr gear materials (3.34×10−6 mm3·m−1·N−1). However, the Al2O3 particles are aggregated gradually when the Al2O3 addition content is more than 0.15%. Though the yield strength is still improved, the plasticity is reduced significantly for the tempered composites, and the wear rate is greatly increased for the quenched composites, showing the degraded wear resistance. In summary, the Q61 composites with 0.15% Al2O3 particles show the higher comprehensive mechanical properties in the tempered state and the good wear resistance in the quenched states, respectively.-
Keywords:
- powder forging /
- Fe–Ni–Mo–C–Cu composites /
- microstructure /
- mechanical properties /
- friction /
- wear
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粉末锻造是将传统粉末冶金工艺和精密锻造结合而发展起来的一种少无金属切削加工的近净成形加工工艺[1]，该工艺不仅延续了粉末冶金成分调控灵活、材料利用率高、成本低廉等优势，还大大提高了零件的相对密度，制造的部件尺寸精度高、力学性能好[2−3]。粉末锻造技术在欧美等国家和地区应用广泛，先后开发出粉末锻造发动机连杆、齿轮、凸轮等零件，并已进行大规模商业化应用[4−5]。Alven和Imbrogno[6]采用不同粉末冶金工艺制备了高性能车用重载齿轮，发现粉末锻造齿轮相对密度最高、弯曲疲劳性能最好，可与同成分钢锻齿轮相媲美。21世纪初，由美国粉末冶金协会发布的PF4600粉末锻造材料已成功应用在重型坦克和重载战车的齿轮上[7]。我国于20世纪70年代开始开展粉末锻造原材料、生产原理及工艺制备等方面的研究，并取得了一定的成果[8]。Wang等[9]和柏琳娜等[10]研究了Cu含量对粉末锻造Fe–Cu–C系连杆材料组织性能的影响。陈其玲[11]分析了锻造压力和温度对零件相对密度和性能的影响，并建立了锻造压力、锻造密度与相对密度的关系。张冰清等[12]和王琪等[13]在美标PF4600的基础上添加质量分数1%的Cu和0.6%的C得到Fe–Ni–Cu–C–Mo（Q61）合金，并采用粉末锻造工艺制备得到相对密度达99%以上的齿轮样品，其表面感应加热淬火性能与直接水冷淬火性能一致，且锻造成形性能、力学性能可达到甚至超过现有齿轮钢，具有良好的应用前景。
为提高实际服役条件下的性能水平，传统的40Cr和20CrMnTi等齿轮材料常通过芯部调质和表面感应淬火或渗碳处理以达到表面硬、芯部韧的状态，从而使得材料能够兼具良好的抗疲劳和抗磨损性能[14]。此外，结合粉末冶金方法成分调控便利的优势还可以向材料中添加硬质相来进一步提高耐磨性。Al2O3陶瓷粉末价格低廉，耐高温磨损、耐腐蚀性能十分优异，与钢铁基体的热膨胀系数亦较为匹配，十分适合作为第二相掺入合金以改善合金耐磨性和抗粘结性能[15−16]。本文采用粉末锻造技术制备了不同含量Al2O3颗粒增强Fe–Ni–Mo–C–Cu复合材料，系统研究了淬火态及调质态复合材料的组织和性能，分析和讨论了合金状态和第二相对性能的影响机理，为使用粉末锻造工艺制备芯部强韧且表面耐磨的高性能齿轮进行初步探索，相关结果将可为Al2O3颗粒增强Q61复合材料的组织性能调控和工业化生产提供有益参考。
1. 实验材料及方法
实验用Q61预合金粉末由力拓钛铁（苏州）有限公司提供，成分如表1所示。在Q61预合金粉末中分别加入质量分数为0、0.15%、0.30%、0.60%的Al2O3陶瓷粉末，Al2O3陶瓷粉末平均粒径为1 μm。先将Q61预合金粉末和Al2O3陶瓷粉末在混料机中混合均匀，加入质量分数1%的硬脂酸，再放入球料比为10:1、转速为300 r·min−1的CM100型球磨机中球磨3 h。将球磨好的合金粉末在南通天王
2500 kN四柱式液压机下采用300 MPa压力进行压制，然后在连续网带炉内还原性气氛（90%N2+10%H2，体积分数）下烧结，烧结温度1120 ℃，最后在1100 ℃、250 MPa条件下进行闭式热模锻，最终得到尺寸为75 mm×40 mm×13 mm的标准块样品，如图1（a）所示。Q61材料烧结件和锻造件的密度分别为6.75 g·cm−3和7.85 g·cm−3，实验中各复合材料的锻造件相对密度均达到99%以上，基本实现了全致密，其结果与课题组前期粉末锻造齿轮结果一致[12]。对Q61+Al2O3系列样品进行淬火和高温回火热处理（即调质处理），淬火温度1000 ℃，保温10 min，回火温度600 ℃，回火时间2 h。表 1 预合金粉末化学成分（质量分数）Table 1. Chemical composition of the pre-alloyed powders% Ni Mo Mn Cu C O S Fe 1.728 0.543 0.215 1.000 0.607 0.080 0.007 余量 ![]()
图 1 Q61标准块样品（a）和标准拉伸样（b）Figure 1. Standard block samples (a) and the standard tensile samples (b) of Q61使用Nikon ECLIPSE MA200倒置金相显微镜观察金相组织。在S-
2700 钨灯丝扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）上观察微观形貌和拉伸样品断口形貌，利用其附带的能谱仪（energy disperse spectroscope，EDS）对偏聚物成分进行半定量分析。根据GB/T 230.1-2018测试标准对样品进行洛氏硬度试验。根据GB/T228.1-2010测试标准在调质态标准块上加工图1（b）中的所示的棒状拉伸试样，室温拉伸使用MTS-880型电液伺服拉伸试验机在6×10−4 s−1的拉伸速率下进行试验。参照典型免渗碳40Cr齿轮钢，在服役条件下直接抵抗摩擦磨损的通常为该材料经过淬火处理的部分，因此本文仅研究淬火态下不同Al2O3含量Q61复合材料的摩擦磨损性能，并与同状态40Cr钢进行对比。使用HMW-1型立式摩擦磨损试验机对样品进行实验，磨削材料选择GCr15轴承钢（840 ℃淬火，HRC 61.8），磨盘为添加不同含量Al2O3的Q61样品和40Cr齿轮钢。对磨盘和磨削表面进行打磨和抛光，用超声波清洁仪进行清洗后放入真空干燥箱中进行干燥，然后使用精密天平进行称重（精密度为0.01 mg），对称重样品进行摩擦磨损实验，载荷为50 N，磨损距离为2 km，转速为300 r·min−1（0.4 m·s−1）。待磨损试验完成后，对样品进行称重以获得实验前后的磨损量，使用扫描电子显微镜观察样品表面微观形貌以确定磨损机理。磨损率是衡量材料摩擦磨损性能的重要指标，采用单位距离与载荷下的体积损失作为材料的磨损率（W），磨损率可用式（1）进行计算：
$$ W = \frac{{\Delta V}}{{FL}} = 1000\frac{{\Delta m}}{{\rho FL}} $$ (1) 式中：W为磨损率，mm3·m−1·N−1；ΔV为磨损前后体积差值，mm3；Δm为磨损前后质量差值，g；ρ为试样密度，g·cm−3；F为载荷，N；L为磨损距离，m。
2. 结果与讨论
2.1 微观组织
淬火态Q61+Al2O3系列样品的金相组织（图2（a）～图2（d））和微观形貌（图2（e）～图2（h））如图2所示。由图可知，加入Al2O3前后淬火态合金组织均为马氏体。在纯Q61中，除少许平行的马氏体板条，大部分马氏体为竹叶状，其大小不均且互不平行，呈一定角度分布。随着Al2O3含量增加，在扫描电镜图中观察到黑色团簇逐渐增加，对其进行能谱点扫描分析，确定黑色物质为团聚的Al2O3颗粒，结果如表2所示。为更好地观察Al2O3颗粒的分布，对未经过腐蚀的不同Al2O3含量的样品进行能谱面扫描分析，结果如图3所示。当Al2O3质量分数为0.15%时，Al和O元素分布均匀，未发生明显偏聚；当Al2O3质量分数增加到0.30%时，Al和O元素出现大片同区域偏聚成团的现象；当Al2O3质量分数增加到0.60%时，Al和O元素偏聚现象更加严重。第二相偏聚容易受到其含量和加工工艺的影响[17−18]，由于Q61合金粉末粒径为25～70 μm，Al2O3颗粒粒径仅为1 μm左右，且Al2O3和铁基体之间的润湿性较差，因此当Al2O3含量较高时，细小的Al2O3颗粒会发生偏聚，偏聚的Al2O3会破坏铁基体的连续性，易诱发缺陷形成并降低材料的力学性能[19−20]。
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图 2 淬火态Q61+Al2O3样品金相组织和微观形貌：（a）、（e）Q61；（b）、（f）Q61+0.15%Al2O3；（c）、（g）Q61+0.30%Al2O3；（d）、（h）Q61+0.60%Al2O3Figure 2. Metallographic structure and microstructures of the quenched Q61+Al2O3 samples: (a), (e) Q61; (b), (f) Q61+0.15%Al2O3; (c), (g) Q61+0.30%Al2O3; (d), (h) Q61+0.60%Al2O3Fe Al O C 26.93 35.13 33.15 4.79 ![]()
图 3 淬火态样品能谱面扫结果：（a）Q61+0.15%Al2O3；（b）Q61+0.30%Al2O3 ；（c）Q61+0.60%Al2O3Figure 3. EDS map scanning of the quenched samples: (a) Q61+0.15%Al2O3; (b) Q61+0.30%Al2O3; (c) Q61+0.60%Al2O32.2 力学性能
2.2.1 洛氏硬度
硬度是衡量耐磨材料力学性能的一个重要指标，分别对淬火和调质处理后的Q61系列样品进行洛氏硬度试验，比较加入Al2O3颗粒前后的硬度变化情况，并与典型的齿轮材料40Cr进行对比，结果如表3所示。淬火态Q61试样的硬度为HRC 61.5，随着Al2O3含量的增加，样品的硬度先升高后降低；而40Cr经淬火后的硬度值为HRC 60.2。经600 ℃回火后Q61系列样品的硬度仍维持在HRC 38以上，远高于硬度仅为HRC 22.5的40Cr回火试样。与40Cr相比，粉末锻造Q61复合材料在相同的回火温度下拥有更高硬度，这是因为Q61合金中的Ni、Mo、Cu等合金元素阻碍了回火转变过程，使得强度和硬度降低缓慢，拥有更好的回火抗力[13]。
表 3 不同Al2O3含量的复合材料硬度Table 3. Hardness of composite materials with different contents of alumina样品 Q61 Q61+0.15%Al2O3 Q61+0.30%Al2O3 Q61+0.60%Al2O3 40Cr 淬火 回火 淬火 回火 淬火 回火 淬火 回火 淬火 回火 硬度，HRC 61.5 38.0 63.2 39.8 63.4 39.7 62.8 39.2 60.2 22.5 一般而言，在齿轮材料中，更高的硬度可以避免齿面在磨损过程中产生擦伤和磨痕，有利于延长齿轮的寿命。加入Al2O3的Q61合金在承受载荷时，分布在基体中的Al2O3颗粒将所受到的载荷通过界面传递给周边的基体，从而阻碍了位错的运动，宏观上表现为陶瓷颗粒增强基体；当Al2O3含量继续增加时，过多的Al2O3发生偏聚，在削弱弥散强化效果的同时，也使材料内部出现了较多的界面缺陷，导致材料的硬度相比峰值发生小幅回落。
2.2.2 室温拉伸
对调质后的Q61+Al2O3系列样品进行室温拉伸试验，结果如图4和表4所示。加入Al2O3颗粒对Q61基体的强度影响并不明显，复合材料的屈服强度和抗拉强度分别在
1120 MPa和1200 MPa左右。添加的Al2O3颗粒虽然对基体材料起到弥散强化效果，但Al2O3颗粒含量过多时易在偏聚处产生微裂纹，这两个因素共同作用导致加入Al2O3前后Q61的强度出现了少许的下降，但变化并不明显。同时，Al2O3的加入对材料的塑性影响较大，当其质量分数为0.15%时，样品的断后延伸率相比Q61样品的12%下降为6.5%，继续增加其含量后延伸率仅为1%～2%。查阅文献[17]得知，40Cr齿轮材料在调质处理后，抗拉强度和屈服强度分别为980 MPa和785 MPa，均远低于Q61+Al2O3系列样品；40Cr的断后伸长率为9%。屈强比是屈服强度与抗拉强度的比值，屈强比越高则材料的抗变形能力较强，可用来衡量结构零件的可靠性。与40Cr相比，调质态含有0.15%Al2O3的粉末锻造Q61材料有着更高的强度和屈强比，这意味着该材料作为结构件时能承受更大载荷且不容易发生塑性变形，且其适中的硬度保证了良好的接触疲劳性能和弯曲疲劳性能[12]，因此可作为高性能齿轮的芯部材料使用。表 4 调质态试样的力学性能Table 4. Mechanical properties of the tempered samples样品 屈服强度 / MPa 抗拉强度 / MPa 延伸率 / % 屈强比 Q61 1106 1195 12.0 0.926 Q61+0.15%Al2O3 1121 1187 6.5 0.944 Q61+0.30%Al2O3 1124 1144 2.0 0.983 Q61+0.60%Al2O3 1124 1139 1.5 0.987 40Cr[17] 785 980 9.0 0.801 对拉伸断口进行了微观形貌观察，以分析加入Al2O3后塑性大幅度降低的原因，结果如图5所示。可以发现，纯Q61及加入0.15%Al2O3的样品拉伸断口上分布有大量韧窝，为韧性断裂，这与拉伸结果一致；而加入0.30%Al2O3和0.60%Al2O3的样品断口上出现了Al2O3偏聚区，这破坏了金属基体的连续性，Al2O3与金属基体之间的结合力低于金属基体之间的结合力，在承受载荷时裂纹更易在Al2O3与基体的界面萌生并扩展，从而降低材料塑性。
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图 5 调质态试样的拉伸断口形貌：（a）Q61；（b）Q61+0.15%Al2O3；（c）Q61+0.30%Al2O3；（d）Q61+0.60%Al2O3Figure 5. Tensile fracture morphology of the tempered samples: (a) Q61; (b) Q61+0.15%Al2O3; (c) Q61+0.30%Al2O3; (d) Q61+0.60%Al2O32.3 摩擦磨损性能
2.3.1 磨损率和磨损机理
对淬火态Al2O3颗粒增强Fe–Ni–Mo–C–Cu复合材料和典型齿轮材料40Cr进行摩擦磨损试验。根据式（1）进行磨损率计算，结果如图6所示。在加入0.15%的Al2O3之后耐磨性显著提高，磨损率由纯Q61的5.27×10−6 mm3·m−1·N−1下降到了3.08×10−6 mm3·m−1·N−1，优于典型齿轮材料40Cr的3.34×10−6 mm3·m−1·N−1。在磨损过程中，分布于基体中的Al2O3颗粒突出于试样磨损表面，成为了磨损的主要承载体，坚硬且耐磨的Al2O3颗粒大大减少了基体的磨损，而基体则为弥散分布的Al2O3颗粒起到了稳固的支撑作用，减少了其在磨损过程中的脱落，二者的共同作用导致了复合材料耐磨性能的提高。但是当继续增加Al2O3含量后，材料的耐磨性能反而降低，这是由于Al2O3在基体内偏聚，破坏了金属基体的连续性，而偏聚的Al2O3与金属基体之间的界面结合力较低，这些结合不牢固的偏聚颗粒更容易在磨损过程中脱落并携带部分铁基体，最终导致材料磨损量增加。
对各样品表面的磨痕进行扫描电镜观察，从图7（a）中可以看出，纯Q61样品磨损表面存在大量剥落、凹坑，磨损机理为粘着磨损。这是由于即使经过精密加工后的表面也会存在许多微小的凸起，因此两个试样表面的接触只是某些微凸体的相互接触，接触点是不连续和不均匀的，在相对运动过程中，由于接触面积小，导致微凸体承载的压力非常大。当两种材料硬度相差较大时，较硬的材料则会压入较软的材料表面，从而形成犁沟状磨痕；但是磨盘材料Q61合金与磨销材料GCr15轴承钢的硬度分别为HRC 61.5和HRC 61.8，二者硬度相当，因此二者表面的微凸体会在相互挤压和碰撞过程中剥落，形成微凹坑，随着磨损过程的进行，微凹坑的数量和深度不断增加，最终表现为图7（a）中的形貌。加入0.15%Al2O3后，材料的磨损表面为较浅的犁沟状磨痕和少量的凹坑，这是由于在磨损过程中，磨盘上的Al2O3颗粒会发生少许脱落，脱落的部分硬质陶瓷颗粒会被压入磨销接触表面，反过来对磨盘表面产生切削力，加上GCr15磨销表面微凸体的犁削，从而在磨盘产生犁沟状的磨痕，如图7（b）所示，磨损机理主要为磨粒磨损，并伴有少量的粘着磨损。随着Al2O3含量的进一步增多，在犁沟状磨痕处可以观察到较多的剥落和凹坑，这是粘着磨损和磨粒磨损的综合作用所致。当Al2O3质量分数增加到0.60%时，偏聚的Al2O3在脱落时会携带一部分基体而形成较大的凹坑，使摩擦面应力分布更不均匀，恶化摩擦过程稳定性并造成磨损率增加，试样表面的剥落非常严重，已经无法清晰观察到犁沟状磨痕，如图7（d）所示。
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图 7 淬火态样品磨痕形貌：（a）Q61；（b）Q61+0.15%Al2O3；（c）Q61+0.30%Al2O3；（d）Q61+0.60%Al2O3；（e）40CrFigure 7. Scratches micromorphology of the quenched samples: (a) Q61; (b) Q61+0.15%Al2O3; (c) Q61+0.30%Al2O3; (d) Q61+0.60%Al2O3; (e) 40Cr40Cr试样磨损表面磨痕的微观形貌与加入0.15%Al2O3样品的非常相似，磨损机理同样为磨粒磨损，但是40Cr试样表面磨痕的宽度略大于加入0.15%Al2O3试样的。加入0.15%Al2O3的试样表面磨痕主要是由自身脱落的～1 μm Al2O3颗粒造成的，因此所形成的磨痕深度比较浅；而磨销材料GCr15轴承钢硬度（HRC 61.8）高于磨盘材料40Cr（HRC 60.2），在磨损过程中，GCr15轴承钢的突出部分会压入40Cr基体表面，对其产生犁削力，使其表面发生塑性变形，留下犁沟状磨痕[21]。而且由于微凸体高度不一，形成的磨痕宽度也不相同，磨损表面则表现为如图7（e）所示的深浅不一的犁沟状磨痕。
2.3.2 平均摩擦系数
淬火态样品在磨损过程中的实时摩擦系数和平均摩擦系数如图8所示。可以看出，各样品的摩擦系数在磨损过程中先升高再逐渐降低，最终趋于稳定。在磨损初始阶段，由于微凸体接触面积小，使得接触应力大，造成摩擦系数较高；经过一段时间的磨合后，接触面积变大，接触应力减小，磨损过程逐渐稳定，摩擦系数也变得更加稳定，此阶段称为跑合阶段；而此后摩擦系数基本不变的阶段则称为稳定磨损阶段。
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图 8 淬火态样品摩擦系数（a）和平均摩擦系数（b）Figure 8. Friction coefficient (a) and the mean friction coefficient (b) of the quenched samples40Cr和纯Q61材料的平均摩擦系数为0.709和0.699，Al2O3添加量为0.15%、0.30%和0.60%时，试样的平均摩擦系数分别为0.593、0.584和0.629。随着Al2O3颗粒的加入，平均摩擦系数先降低再升高，但都明显低于Q61和40Cr材料，减磨性能良好。Q61材料的摩擦主要由磨销表面大小不一的微凸体粘着导致，添加Al2O3后磨盘表面的磨痕主要由磨盘脱落的细小Al2O3颗粒替代微凸体犁削造成。在纯Q61材料摩擦后的截面观察到深而宽的犁沟和剥落坑，发生粘着磨损时，局部点接触出现冷焊，其相对运动的摩擦阻力更大；添加0.15%Al2O3复合材料截面则是磨粒磨损形成的细而浅的犁沟，相比不添加增强颗粒的单一Q61，其磨损率降低了42%，这说明在相同的法向力作用下，其犁削力更小，因而复合材料的摩擦系数更低。
3. 结论
（1）淬火处理后，复合材料组织均为板条马氏体+片状马氏体组织，添加0.15%Al2O3颗粒的复合材料硬度增加到HRC 63.2，且Al2O3在基体内分布均匀，无偏聚；当Al2O3含量进一步增多，硬度先升高后降低，同时Al2O3发生偏聚。
（2）经调质处理后，添加0.15%Al2O3颗粒的试样的硬度为HRC 39.8，抗拉强度为
1187 MPa，屈服强度为1121 MPa，屈强比为0.944，断后伸长率为6.5%，回火稳定性良好。随着Al2O3含量增多，硬度略有降低，屈服强度小幅增加，塑性严重退化。（3）加入0.15%Al2O3颗粒的材料淬火后磨损率从5.27×10−6 mm3·m−1·N−1降至3.08×10−6 mm3·m−1·N−1，甚至优于对比实验用的典型齿轮材料40Cr的3.34×10−6 mm3·m−1·N−1；Al2O3添加量为0、0.15%、0.30%、0.60%时，试样的平均摩擦系数分别为0.699、0.593、0.584、0.629，均远低于同状态下40Cr的0.709，加入Al2O3颗粒后，材料的磨损机理由粘着磨损转变为磨粒磨损加粘着磨损，平均摩擦系数下降。
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图 1 Q61标准块样品（a）和标准拉伸样（b）
Figure 1. Standard block samples (a) and the standard tensile samples (b) of Q61
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图 2 淬火态Q61+Al2O3样品金相组织和微观形貌：（a）、（e）Q61；（b）、（f）Q61+0.15%Al2O3；（c）、（g）Q61+0.30%Al2O3；（d）、（h）Q61+0.60%Al2O3
Figure 2. Metallographic structure and microstructures of the quenched Q61+Al2O3 samples: (a), (e) Q61; (b), (f) Q61+0.15%Al2O3; (c), (g) Q61+0.30%Al2O3; (d), (h) Q61+0.60%Al2O3
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图 3 淬火态样品能谱面扫结果：（a）Q61+0.15%Al2O3；（b）Q61+0.30%Al2O3 ；（c）Q61+0.60%Al2O3
Figure 3. EDS map scanning of the quenched samples: (a) Q61+0.15%Al2O3; (b) Q61+0.30%Al2O3; (c) Q61+0.60%Al2O3
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图 5 调质态试样的拉伸断口形貌：（a）Q61；（b）Q61+0.15%Al2O3；（c）Q61+0.30%Al2O3；（d）Q61+0.60%Al2O3
Figure 5. Tensile fracture morphology of the tempered samples: (a) Q61; (b) Q61+0.15%Al2O3; (c) Q61+0.30%Al2O3; (d) Q61+0.60%Al2O3
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图 7 淬火态样品磨痕形貌：（a）Q61；（b）Q61+0.15%Al2O3；（c）Q61+0.30%Al2O3；（d）Q61+0.60%Al2O3；（e）40Cr
Figure 7. Scratches micromorphology of the quenched samples: (a) Q61; (b) Q61+0.15%Al2O3; (c) Q61+0.30%Al2O3; (d) Q61+0.60%Al2O3; (e) 40Cr
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图 8 淬火态样品摩擦系数（a）和平均摩擦系数（b）
Figure 8. Friction coefficient (a) and the mean friction coefficient (b) of the quenched samples
表 1 预合金粉末化学成分（质量分数）
Table 1 Chemical composition of the pre-alloyed powders
% Ni Mo Mn Cu C O S Fe 1.728 0.543 0.215 1.000 0.607 0.080 0.007 余量 
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Fe Al O C 26.93 35.13 33.15 4.79
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表 3 不同Al2O3含量的复合材料硬度
Table 3 Hardness of composite materials with different contents of alumina
样品 Q61 Q61+0.15%Al2O3 Q61+0.30%Al2O3 Q61+0.60%Al2O3 40Cr 淬火 回火 淬火 回火 淬火 回火 淬火 回火 淬火 回火 硬度，HRC 61.5 38.0 63.2 39.8 63.4 39.7 62.8 39.2 60.2 22.5
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