การตีความผลกระทบของกระบวนการหลอมและการหล่อต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตโลหะผสมทองแดงและเหล็กไบเมทัลลิก

การตีความผลกระทบของกระบวนการหลอมและการหล่อต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของวัสดุคอมโพสิตโลหะผสมทองแดงและเหล็กไบเมทัลลิก

บทคัดย่อ: วัสดุคอมโพสิตชั้นเหล็กไบเมทัลลิกที่มีตะกั่วสูงทองแดง CuPb15Sn7/45 ถูกเตรียมโดยใช้วิธีการผสมแบบหล่อแบบหลอมละลาย ศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการ เช่น สภาวะการให้ความร้อนและอัตราการเย็นตัวต่อส่วนต่อประสานคอมโพสิตเหล็กทองแดงและคุณสมบัติทางโครงสร้าง ผลการวิจัยพบว่าเมื่ออุณหภูมิการชาร์จของเตาอยู่ที่ 900 องศา อุณหภูมิในการถือครองอยู่ที่ 1,015 องศา ระยะเวลาในการถือครองคือ 5 นาที และใช้การระบายความร้อนด้วยไนโตรเจน ส่วนต่อประสานระหว่างเหล็กทองแดงกับเหล็กมีคุณสมบัติในการยึดเกาะทางโลหะที่ดีเยี่ยม และส่วนต่อประสานมีความแข็งแรงแตกหักของแรงดึง ถึง 200 MPa; โลหะผสมทองแดงการกระจายตัวของอนุภาคตะกั่วในพื้นที่ค่อนข้างสม่ำเสมอและการสูญเสียธาตุตะกั่วจากการเผาไหม้น้อยกว่า 1% โครงสร้างและการกระจายขนาดเกรนของเมทริกซ์เหล็กมีความสมเหตุสมผล แสดงผลการหลอมและการหล่อที่ยอดเยี่ยม

เนื่องจากข้อกำหนดสำหรับประสิทธิภาพที่ครอบคลุมของวัสดุทางวิศวกรรมมีมากขึ้นเรื่อยๆ จึงเป็นเรื่องยากมากขึ้นสำหรับชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุโลหะชนิดเดียวที่จะตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพรอบด้าน เมื่อประกอบกับการขาดแคลนทรัพยากรโลหะมีค่าอย่างค่อยเป็นค่อยไป วัสดุคอมโพสิตชั้น bimetallic จึงค่อยๆ ได้รับการส่งเสริมและนำไปใช้ในอุตสาหกรรม บนพื้นฐานของการรักษาลักษณะดั้งเดิมของโลหะแต่ละชั้น ประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุคอมโพสิตโลหะชั้นได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ และกระบวนการเตรียมการก็ดึงดูดความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ

ทองแดงตะกั่วสูงมีค่าการนำความร้อนที่ดี ทนต่อการสึกหรอ ทนต่อแรงกระแทก และต้านทานการยึดเกาะ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตส่วนประกอบไฮดรอลิก เช่น กระบอกสูบปั๊มลูกสูบ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากประเภทขัดแตะ ค่าคงที่ของขัดแตะ และจำนวนอะตอมอิเล็กตรอนภายนอกของทองแดงและเหล็กอยู่ใกล้กันมาก จึงมีความเข้ากันได้ทางโลหะวิทยาคอมโพสิตที่ดี วัสดุคอมโพสิตชั้นเหล็กทองแดงผสมโลหะคู่ที่เตรียมด้วยเหล็กเป็นชั้นเมทริกซ์และทองแดงตะกั่วสูงเนื่องจากชั้นคอมโพสิตผสมผสานคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของวัสดุทั้งสองเข้าด้วยกัน ในปัจจุบัน วิธีการทั่วไปในการเตรียมวัสดุคอมโพสิตชั้นทองแดงและเหล็ก bimetallic ได้แก่ วิธีการผสมแบบระเบิด วิธีผสมแบบกลิ้ง วิธีผสมแบบแพร่ วิธีหล่อแบบแรงเหวี่ยง วิธีหล่อหลอม และวิธีการเผาผนึกด้วยผง ในหมู่พวกเขาวิธีการผสมระเบิดและวิธีการผสมแบบกลิ้งส่วนใหญ่จะใช้ในการเตรียมแผ่นชั้น bimetallic วิธีการผสมแบบแพร่มีวงจรการเตรียมการที่ยาวนาน และการเก็บรักษาความร้อนในระยะยาวอาจทำให้เกิดออกซิเดชันอย่างรุนแรงและการสูญเสียธาตุตะกั่วจากการเผาไหม้ได้ง่าย และต้นทุนก็สูงเช่นกัน วิธีการหล่อแบบแรงเหวี่ยงสามารถทำให้เกิดการแยกชิ้นส่วนตะกั่วได้ง่าย โลหะวิทยาแบบผงเกี่ยวข้องกับกระบวนการมากมาย รอบการเตรียมการที่ยาวนาน และต้นทุนสูง

วิธีการผสมแบบหลอมหล่อโดยให้ความร้อนแก่วัสดุทั้งสองในเวลาเดียวกันมีข้อดีทางเทคนิคและต้นทุนที่ชัดเจนในการเตรียมวัสดุผสมชั้นเหล็ก bimetallic ที่ทำด้วยทองแดง บทความนี้จะศึกษาอิทธิพลของพารามิเตอร์กระบวนการเฉพาะต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของวัสดุไบเมทัลลิกทองแดง-เหล็ก ผ่านการทดลองคอมโพสิตแบบหล่อหลอม กฎหมายดังกล่าวเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการกำหนดแผนการหลอมโลหะคู่และหล่อโลหะผสมทองแดง-เหล็กที่สมเหตุสมผล

1. แผนการทดสอบ

1.1 วัสดุทดสอบ

วัสดุที่ใช้ในการทดสอบ ได้แก่ เหล็กกล้าทองแดงตะกั่วสูง CuPb15Sn7 และเหล็กกล้า 45 องค์ประกอบทางเคมีของวัสดุทั้งสองแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ก่อนการทดสอบ เหล็ก 45 ถูกแปรรูปเป็นกระบอกสูบขนาด Φ42 มม. × 45 มม. กลึงร่องขนาด Φ32 มม. × 7 มม. ที่ปลายด้านหนึ่ง และโลหะผสมทองแดง ถูกประมวลผลเป็นแผ่นดิสก์ขนาด Φ30 มม. × 6 มม. หลังจากตัดเฉือนแล้ว จะต้องผ่านกระบวนการปรับสภาพพื้นผิว เช่น การบดกระดาษทราย การล้างด้วยด่าง การดอง และการแช่น้ำบอแรกซ์อิ่มตัว 80 องศา จากนั้นจึงประกอบดังแสดงในรูปที่ 1 เพื่อทดสอบการหล่อ