Giải thích ảnh hưởng của quá trình nấu chảy và đúc đến vi cấu trúc và tính chất của vật liệu composite lưỡng kim thép đồng
Tóm tắt: Vật liệu composite nhiều lớp thép lưỡng kim CuPb15Sn7/45 bằng đồng chì cao được chế tạo bằng phương pháp composite đúc nóng chảy. Ảnh hưởng của các thông số quy trình như điều kiện gia nhiệt và tốc độ làm mát đến bề mặt hỗn hợp thép đồng và các đặc tính cấu trúc đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy khi nhiệt độ nạp của lò là 900 độ, nhiệt độ giữ là 1015 độ, thời gian giữ là 5 phút và sử dụng làm mát bằng nitơ, giao diện thép đồng có đặc tính liên kết luyện kim tuyệt vời và độ bền kéo đứt của giao diện đạt 200 MPa; hợp kim đồng Sự phân bố của các hạt chì trong khu vực tương đối đồng đều và tổn thất của nguyên tố chì khi cháy nhỏ hơn 1%; cấu trúc và phân bố kích thước hạt của ma trận thép là hợp lý, cho thấy hiệu ứng tổng hợp nóng chảy và đúc tuyệt vời.
Khi các yêu cầu về hiệu suất toàn diện của vật liệu kỹ thuật ngày càng cao, các bộ phận được làm từ một vật liệu kim loại duy nhất ngày càng khó đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất toàn diện của chúng. Cùng với sự khan hiếm dần dần của nguồn tài nguyên kim loại quý, vật liệu composite lớp lưỡng kim dần dần được phát huy và ứng dụng trong công nghiệp. Trên cơ sở duy trì các đặc tính ban đầu của từng lớp kim loại, hiệu suất tổng thể của vật liệu composite kim loại nhiều lớp đã được cải thiện đáng kể và quá trình chuẩn bị của nó ngày càng thu hút nhiều sự chú ý hơn.
Đồng chì cao có tính dẫn nhiệt tốt, chống mài mòn, chống va đập và chống co giật, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các bộ phận thủy lực như xi lanh bơm pít tông. Đồng thời, do loại mạng, hằng số mạng và số lượng nguyên tử electron bên ngoài của đồng và sắt rất gần nhau nên chúng có khả năng tương thích luyện kim tổng hợp tốt. Vật liệu composite nhiều lớp lưỡng kim bằng thép đồng được chuẩn bị với thép làm lớp ma trận và đồng có hàm lượng chì cao làm lớp composite kết hợp các đặc tính tuyệt vời của cả hai vật liệu. Hiện nay, các phương pháp phổ biến để chế tạo vật liệu composite nhiều lớp lưỡng kim bằng thép đồng bao gồm phương pháp composite nổ, phương pháp composite cán, phương pháp composite khuếch tán, phương pháp đúc ly tâm, phương pháp đúc nóng chảy và phương pháp thiêu kết bột. Trong số đó, phương pháp tạo hỗn hợp nổ và phương pháp tạo hỗn hợp cán chủ yếu được sử dụng để chế tạo các tấm nhiều lớp lưỡng kim; phương pháp trộn hỗn hợp khuếch tán có chu kỳ chuẩn bị dài, bảo quản nhiệt lâu dài dễ gây ra hiện tượng oxy hóa và đốt cháy nghiêm trọng các nguyên tố chì, chi phí cũng cao; phương pháp đúc ly tâm dễ gây ra sự phân ly vĩ mô của nguyên tố chì; luyện kim bột bao gồm nhiều quy trình, chu kỳ chuẩn bị dài và chi phí cao.
Phương pháp composite đúc nóng chảy trong đó hai vật liệu được nung nóng cùng lúc có lợi thế rõ ràng về mặt kỹ thuật và chi phí trong việc chế tạo vật liệu composite lớp lưỡng kim thép đồng. Bài viết này sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số quy trình cụ thể đến vi cấu trúc và tính chất của vật liệu lưỡng kim thép đồng thông qua thí nghiệm composite đúc nóng chảy. Các luật này cung cấp cơ sở lý thuyết để xây dựng một kế hoạch tổng hợp đúc và nấu chảy lưỡng kim đồng-thép hợp lý.
1. Kế hoạch kiểm tra
1.1 Tài liệu thử nghiệm
Vật liệu được sử dụng trong thử nghiệm bao gồm đồng CuPb15Sn7 có hàm lượng chì cao và thép 45. Thành phần hóa học của hai vật liệu được thể hiện trong Bảng 1. Trước khi thử nghiệm, thép 45 được gia công thành hình trụ có kích thước Φ42 mm × 45 mm, rãnh Φ32 mm × 7 mm được gia công ở một đầu và hợp kim đồng được xử lý thành đĩa có kích thước Φ30 mm × 6 mm. Sau khi gia công, nó cần phải trải qua các quá trình xử lý bề mặt như mài giấy nhám, rửa kiềm, tẩy rửa và ngâm trong nước borax bão hòa 80 độ, sau đó lắp ráp như trong Hình 1 để thử nghiệm đúc.
