Interpretation der Auswirkungen des Schmelz- und Gießprozesses auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Kupfer-Stahl-Bimetall-Verbundwerkstoffen
Zusammenfassung: Bimetallische Verbundwerkstoffe aus Bleibronze CuPb15Sn7/45-Stahl wurden mit der Schmelzguss-Verbundmethode hergestellt. Der Einfluss von Prozessparametern wie Heizbedingungen und Abkühlraten auf die Grenzfläche und die Struktureigenschaften des Kupfer-Stahl-Verbundwerkstoffs wurde untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer Ofenbeschickungstemperatur von 900 Grad, einer Haltetemperatur von 1015 Grad, einer Haltezeit von 5 Minuten und Stickstoffkühlung die Kupfer-Stahl-Grenzfläche hervorragende metallurgische Bindungseigenschaften und eine Zugbruchfestigkeit der Grenzfläche aufweist erreicht 200 MPa; die Kupferlegierung Die Verteilung der Bleipartikel in der Fläche ist relativ gleichmäßig und der Verbrennungsverlust des Bleielements beträgt weniger als 1 %; Die Struktur und die Korngrößenverteilung der Stahlmatrix sind angemessen und zeigen einen hervorragenden Schmelz- und Gussverbundeffekt.
Da die Anforderungen an die Gesamtleistung technischer Materialien immer höher werden, wird es für Teile aus einem einzigen Metallmaterial immer schwieriger, ihre Gesamtleistungsanforderungen zu erfüllen. In Verbindung mit der allmählichen Verknappung der Edelmetallressourcen wurden nach und nach bimetallische Verbundwerkstoffe gefördert und in der Industrie eingesetzt. Aufgrund der Beibehaltung der ursprünglichen Eigenschaften jeder Metallschicht wurde die Gesamtleistung geschichteter Metallverbundmaterialien erheblich verbessert und ihr Herstellungsprozess hat immer mehr Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
Bronze mit hohem Bleigehalt weist eine gute Wärmeleitfähigkeit, Verschleißfestigkeit, Schlagfestigkeit und Fressfestigkeit auf und wird häufig bei der Herstellung von Hydraulikkomponenten wie Kolbenpumpenzylindern verwendet. Da der Gittertyp, die Gitterkonstante und die Anzahl der externen Elektronenatome von Kupfer und Eisen sehr ähnlich sind, weisen sie gleichzeitig eine gute metallurgische Verbundkompatibilität auf. Der Kupfer-Stahl-Bimetall-Schichtverbundwerkstoff, der mit Stahl als Matrixschicht und bleireicher Bronze als Verbundschicht hergestellt wird, vereint die hervorragenden Eigenschaften beider Materialien. Zu den gängigen Verfahren zur Herstellung bimetallischer Verbundwerkstoffe aus Kupfer und Stahl gehören derzeit das Sprengverbundverfahren, das Walzverbundverfahren, das Diffusionsverbundverfahren, das Schleudergussverfahren, das Schmelzgussverfahren und das Pulversinterverfahren. Unter diesen werden das Spreng-Compoundierverfahren und das Walz-Compoundierverfahren hauptsächlich zur Herstellung von Bimetall-Schichtplatten verwendet; Die Diffusionsverbindungsmethode hat einen langen Vorbereitungszyklus und eine langfristige Wärmekonservierung kann leicht zu ernsthaften Oxidations- und Verbrennungsverlusten von Bleielementen führen, und die Kosten sind ebenfalls hoch. Das Schleudergussverfahren kann leicht zu einer Makroseigerung des Bleielements führen. Die Pulvermetallurgie umfasst viele Prozesse, lange Vorbereitungszyklen und hohe Kosten.
Das Schmelzguss-Verbundverfahren, bei dem zwei Materialien gleichzeitig erhitzt werden, bietet offensichtliche technische und Kostenvorteile bei der Herstellung bimetallischer Verbundwerkstoffe aus Kupfer-Stahl. In diesem Artikel wird der Einfluss spezifischer Prozessparameter auf die Mikrostruktur und die Eigenschaften von Kupfer-Stahl-Bimetallmaterialien anhand von Schmelzguss-Verbundexperimenten untersucht. Die Gesetze bieten eine theoretische Grundlage für die Formulierung eines vernünftigen Kupfer-Stahl-Bimetall-Schmelz- und Gießverbundplans.
1. Testplan
1.1 Testmaterialien
Zu den im Test verwendeten Materialien gehören Bleibronze CuPb15Sn7 und 45-Stahl. Die chemischen Zusammensetzungen der beiden Materialien sind in Tabelle 1 aufgeführt. Vor dem Test wurde der 45er-Stahl zu einem Zylinder mit einem Durchmesser von 42 mm × 45 mm verarbeitet, an einem Ende wurde eine Nut mit einem Durchmesser von 32 mm × 7 mm bearbeitet und die Kupferlegierung hergestellt wurde zu einer Scheibe von Φ30 mm × 6 mm verarbeitet. Nach der Bearbeitung muss es Oberflächenbehandlungsprozesse wie Sandpapierschleifen, Alkaliwaschen, Beizen und Eintauchen in 80 Grad gesättigtes Boraxwasser durchlaufen und dann wie in Abbildung 1 gezeigt für einen Gusstest zusammengebaut werden.
