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铸造工艺对双金属复合材料性能的影响

作者: 王莹

  摘 要:对双液双金属复合铸造以及双金属复合材料的定义进行分析论述,这样能够加强这方面的了解程度。采用现代分析方法,对双金属复合材料的性能受到铸造工艺影响的程度进行实验,通过对实验结果进行分析得到,复合铸造工艺不仅仅会对材料的表面质量以及应力状态进行影响,同时,在界面结构、形貌以及组成等方面都有很大影响。通过实验得到的结论,对双金属复合材料以后的发展是重要的指导。
  关键词:铸造工艺;双金属复合材料;性能;影响
  前言
  文章中对不同的铸造结构和使用条件进行了分析,通过采取特殊的铸造工艺方法,能够使结晶界面和基体的温度、梯度以及厚度都是均等的,保证结合界面是均匀的,同时也能制备出无混料的双金属复合材料,对复合材料进行进一步的研究和分析,在经济效益和学术价值方面十分有利。
  1 对双液双金属复合铸造的概述
  双液双金属复合铸造是指在一定的浇注温度下,将两种液体的金属按照一定的顺序将其浇注到同一个铸型中,这样形成的复合材料具有很好的耐磨性,同时,也能克服两种金属存在的缺点,将两种金属的优点进行发挥,新形成的复合材料具有两种金属的特性。新型复合铸造零件能够适应各种恶劣的使用环境,在使用过程中寿命也将出现延长的情况。双液双金属在实际操作过程中比较难,在对耐用零件进行批量生产时难度系数更大。在应用过程中,可靠性条件非常差,对整个加工过程带来的影响将非常大。在铸造过程中,对界面的结合质量对复合材料的性能影响原因进行分析,能够对复合界面的关键因素进行保证。
  2 对双金属复合材料的概述
  采用复合技术将两种完全不同的金属接触面进行相互之间的固劳,并且结合在一起,通常情况下,两种金属的物理和化学性能都将是不同的,在这种情况下,出现的新型材料就是双金属复合材料。双金属复合材料具有非常好的性能,而且这些技能非常特殊,在工作环境比较恶劣的情况下,双金属复合材料的使用寿命也非常好。双金属复合材料成本非常低,在性能方面非常好,而且能够合理对资源进行开发利用。在很多的工业领域中,石油、汽车、航空对这种新型的材料应用比较广泛,因此,其市场前景非常好。
  3 铸造工艺对双金属复合材料性能影响的实验
  文章对铸造工艺对双金属复合材料的材质复合界面的组织以及耐磨性综合力学性能进行了试验和研究,在以后的经济发展和社会进步将有很大影响。
  3.1 实验材料
  在试验过程中,主要的试验材料有碳、硅、朦和铬,其中,碳是钢中的主要元素,是钢的基本组织成分。在试验中,将少量的碳固体溶合在铁素体中,这样能形成以渗碳体的形式存在。在实验过程中要对碳含量进行很好的控制,因为碳含量过高或者是过低都是会导致钢的质量受到很大影响。碳含量出现过低的情况,会导致钢的淬硬性以及耐磨性出现很差的情况,在碳含量过高的情况下,会导致钢的韧性出现降低的情况,因此,要对碳的含量进行很好的控制,能够更好的保证钢的刚度和硬度。硅在钢中的作用就是当贝氏体转变过程中,抑制碳化合物的析出,硅在钢中的形态主要是以固体的形式进行溶体,在铁素体中进行存在,这样利用硅的性能能够更好的增加钢的强度和硬度,降低钢的塑性。在铸造钢过程中,锰的作用是不可替代的,其主要的功能就是脱氧,对硫元素进行中和,避免出现有害作用,从而能对铸件出现的强烈缺陷进行防止。不仅如此,锰还能对钢中出现的温度以及分解速度进行降低。在使用过程中将锰和硅进行配合使用,能够对钢的强度进行提高,对硬度和韧度也有很好的促进作用。但是,在钢中,锰的含量一定要进行必要的控制,不能出现锰含量过高的情况,这样会导致钢晶粒出现粗化的情况,对钢的回火脆性以及敏感性都有很大的影响。
  铬是一种活性比较大的耐磨材料元素,其能够固溶于铁素体中,同时也能和钢中的碳组合形成很多种碳化物,它的主要作用就是促使钢的淬透性得到提高,同时,对钢的抗氧化能力和抗腐蚀能力进行提高。铬在钢中的含量比较高也不用对其进行担心,这种元素不会对钢的性能产生很大的影响,但是,其会在钢中形成比较复杂的碳化物,这种物质能够从钢中进行析出,然后起到沉淀和强化的作用。
  3.2 实验方法
  3.2.1 具体方法
  使用酸性坩埚熔炼实验钢,并采用65kg和150kg中频感应电炉,将浇注温度定为1550,湿砂型浇注后加工成10mm×10mm×55mm冲击韧性试样。主要对钢的材质复合界面组织、耐磨性、综合力学性能三方面进行分析和观察。其中,采用的器具主要有ZBC-300B全自动金属摆锤冲击实验机,负责冲击韧性测试;HRC-150A硬度计负责硬度测试;MLD-10动载荷磨料磨损试验机负责磨损试验。最后采用奥林巴斯GX71倒置式金相显微镜进行组织分析,从而得出结论。
  3.2.2 铸造工艺
  实验时采用两个浇注系统,分别浇入低碳钢和高碳钢,时间上要间隔15-80秒,而且需要注意的是浇入低碳钢后,当钢液已经趋近工艺要求的复合界面或已达到时,根据铸件的大小才可以浇入高碳钢。其中任选一组将激冷材料放置在两种材质的连接部位,从而保证结晶界面与基体间存在一定的温度梯度以及厚度,另一组则不需要添加激冷材料。
  3.3 实验结果
  3.3.1 对复合界面组织的影响
  由于采用特殊的双液双金属复合铸造工艺,当低碳钢结晶后才进行高碳钢的浇筑,然后经过高温铁水的作用,致使低碳钢能够保存的很好,只是表面熔化很薄的一层,而且结合区复合界面的交界线处相互交错,产生了熔融和相互渗透的现象,这是从图片上清晰可见的,这就说明两种材质的中间结合面实现了有效的冶金结合,而且复合界面并没有发生冲混现象。
  3.3.2 对耐磨性的影响
  通过实验,我们可以总结出:将实验钢材料和高锰钢进行相同时间的磨损,发现前者的动载磨损失重量要明显小于后者。这是由于实验钢以挤出和浅层剥落为主,无论是组织上还是综合力学性能均高于高锰钢,具有较强的抵抗石英砂磨粒的切削的能力,这就减少了磨损过程中表面金属的剥落,呈现出较好的耐磨性能。
  3.3.3 对力学性能的影响
  此图片为等温淬火温度试样高碳钢冲击断口的SEM照片,从图片上我们可以看出断口的形状是扇形花样,而且还有大量的撕裂棱以及大大小小的圆形或椭圆形的深韧窝,这就说明该材质的韧性是十分好的。
  4 结束语
  铸造工艺对双金属材料的性能有很大影响,因此,在进行复合的时候要应用特殊的铸造工艺,这样不仅能够提高复合材料的组织界面结合状态,在耐磨性能和力学性能方面影响也非常好,这样能够提高生产工作的安全性。对双金属铸造的定义进行分析,增强对其的了解,应用现代的方法,通过试验对铸造工艺进行分析,这样对双金属复合材料以后的发展非常有利。
  参考文献
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论文来源:《科技创新与应用》 2014年14期
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