Interpretazione degli effetti del processo di fusione e colata sulla microstruttura e sulle proprietà dei materiali compositi bimetallici rame-acciaio
Riassunto: I materiali compositi stratificati bimetallici in acciaio ad alto contenuto di piombo CuPb15Sn7/45 sono stati preparati utilizzando il metodo del composito fuso. È stata studiata l'influenza dei parametri di processo, quali le condizioni di riscaldamento e la velocità di raffreddamento, sull'interfaccia composita rame-acciaio e sulle proprietà strutturali. I risultati mostrano che quando la temperatura di caricamento del forno è di 900 gradi, la temperatura di mantenimento è di 1015 gradi, il tempo di mantenimento è di 5 minuti e viene utilizzato il raffreddamento ad azoto, l'interfaccia rame-acciaio ha eccellenti proprietà di legame metallurgico e la resistenza alla frattura per trazione dell'interfaccia raggiunge i 200 MPa; la lega di rame La distribuzione delle particelle di piombo nell'area è relativamente uniforme e la perdita di combustione dell'elemento di piombo è inferiore all'1%; la struttura e la distribuzione granulometrica della matrice di acciaio sono ragionevoli, mostrando un eccellente effetto composito di fusione e colata.
Poiché i requisiti per le prestazioni globali dei materiali tecnici diventano sempre più elevati, è sempre più difficile per le parti realizzate con un unico materiale metallico soddisfare i requisiti di prestazione a tutto tondo. Insieme alla progressiva scarsità di risorse di metalli preziosi, i materiali compositi stratificati bimetallici sono stati gradualmente promossi e applicati nell'industria. Mantenendo le caratteristiche originali di ciascuno strato di metallo, le prestazioni complessive dei materiali compositi metallici stratificati sono state notevolmente migliorate e il loro processo di preparazione ha attirato sempre più attenzione.
Il bronzo ad alto contenuto di piombo ha una buona conduttività termica, resistenza all'usura, resistenza agli urti e resistenza al grippaggio ed è ampiamente utilizzato nella produzione di componenti idraulici come i cilindri delle pompe a stantuffo. Allo stesso tempo, poiché il tipo di reticolo, la costante reticolare e il numero di atomi di elettroni esterni di rame e ferro sono molto vicini, hanno una buona compatibilità metallurgica composita. Il materiale composito stratificato bimetallico rame-acciaio preparato con acciaio come strato matrice e bronzo ad alto contenuto di piombo come strato composito combina le eccellenti proprietà di entrambi i materiali. Allo stato attuale, i metodi comuni per la preparazione di materiali compositi stratificati bimetallici rame-acciaio includono il metodo composito esplosivo, il metodo composito laminante, il metodo composito a diffusione, il metodo di fusione centrifuga, il metodo di fusione per fusione e il metodo di sinterizzazione delle polveri. Tra questi, il metodo di compounding esplosivo e il metodo di compounding laminante vengono utilizzati principalmente per preparare piastre bimetalliche stratificate; il metodo di compounding per diffusione ha un lungo ciclo di preparazione e la conservazione del calore a lungo termine può facilmente causare gravi ossidazioni e perdite per combustione degli elementi di piombo, e anche il costo è elevato; il metodo della colata centrifuga può facilmente causare macrosegregazioni dell'elemento in piombo; la metallurgia delle polveri comporta molti processi, lunghi cicli di preparazione e costi elevati.
Il metodo composito fuso in fusione in cui due materiali vengono riscaldati contemporaneamente presenta evidenti vantaggi tecnici ed economici nella preparazione di materiali compositi stratificati bimetallici rame-acciaio. Questo articolo studierà l'influenza di specifici parametri di processo sulla microstruttura e sulle proprietà dei materiali bimetallici rame-acciaio attraverso esperimenti sui compositi fusi a fusione. Le leggi forniscono una base teorica per la formulazione di un ragionevole piano di fusione e fusione del bimetallo rame-acciaio.
1. Piano di prova
1.1 Materiali di prova
I materiali utilizzati nel test includono bronzo ad alto contenuto di piombo CuPb15Sn7 e acciaio 45. Le composizioni chimiche dei due materiali sono mostrate nella Tabella 1. Prima del test, l'acciaio 45 è stato trasformato in un cilindro di Φ42 mm × 45 mm, una scanalatura di Φ32 mm × 7 mm è stata lavorata a un'estremità e la lega di rame è stato trasformato in un disco di Φ30 mm × 6 mm. Dopo la lavorazione, deve essere sottoposto a processi di trattamento superficiale come la molatura con carta vetrata, il lavaggio con alcali, il decapaggio e l'immersione in acqua di borace saturo a 80 gradi, quindi assemblato come mostrato nella Figura 1 per un test di fusione.
