铜铅_钢双金属复合材料组织和粘结强度分析
挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析
世界有色金属 2023年 5月上10冶金冶炼M etallurgical smelting挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析户 芳，高秀峰，叶 云（山西晋中理工学院，山西 晋中 ０３０６００）摘 要：双金属复合材料是一种具有高利用率、综合性能优于其它金属材料的新型浇铸材料，为此，本文对挤压铸造工艺和性能进行了分析。
首先，通过对双金属复合材料的模态结构的建模、固液复合度的控制、双金属材料的包覆温度和退温成型等方面的研究，而后对其成型过程进行了分析，最后再对其导电性、轻量化等方面作了较为深入的研究。
关键词：复合材料；性能分析；挤压铸造；成型工艺中图分类号：ＴＧ２４９．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０９－００１０－３Forming Technology and Performance Analysis of Squeeze Casting Bimetal CompositesHU Fang, GAO Xiu-feng, YE Yun（Ｓｈａｎｘｉ Ｊｉｎｚｈｏｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｎｚｈｏｎｇ ０３０６００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｂｉｍｅｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｍｅｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｓｑｕｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ， ｔｈｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｍｏｌｄｉｎｇ， ｔｈｅ ｍｏｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ．Keywords: ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ； Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｓｑｕｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ； Ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ收稿日期：２０２３－０３作者简介：户芳，女，生于１９８８年，汉族，山东曹县人，硕士研究生，助教，研究方向：材料成型。
钢基复合铜合金双金属蜗轮的制作方法
钢基复合铜合金双金属蜗轮的制作方法钢基复合铜合金双金属蜗轮是一种由钢基材料和铜合金材料组成的复合材料制品，具有优异的性能和广泛的应用领域。
制作这种蜗轮的方法包括以下几个步骤。
第一步，选择合适的钢基材料和铜合金材料。
钢基材料应具有良好的强度和韧性，能够承受较大的载荷和摩擦力。
常用的钢基材料有20Cr、40Cr等。
铜合金材料应具有良好的导电性和导热性，并且具有较高的耐磨性和耐腐蚀性。
常用的铜合金材料有铜铝合金、铜锡合金等。
第二步，制备钢基材料和铜合金材料。
首先，将钢基材料和铜合金材料切割成相应的形状和尺寸，然后进行表面处理，以提高材料的粘附性和耐磨性。
表面处理可以采用喷砂、电镀等方法。
接下来，对钢基材料进行预处理，包括退火、正火等热处理过程，以提高其机械性能。
对铜合金材料进行固溶处理和时效处理，以提高其强度和硬度。
第三步，将钢基材料和铜合金材料进行组合。
将经过预处理的钢基材料和铜合金材料进行堆叠，然后进行热压、热轧等组合工艺，使两者紧密结合。
在组合过程中，需要注意控制温度和压力，以确保组合界面的质量。
可以采用真空热压、热轧等方法，以提高组合界面的结合强度。
第四步，进行加工和整形。
将组合好的双金属材料进行加工和整形，包括车削、铣削、磨削等工艺，以得到所需的形状和尺寸。
在加工过程中，需要注意控制切削速度和切削深度，以避免过热和变形。
可以使用数控机床和专用刀具进行加工，以提高加工精度和效率。
第五步，进行热处理和表面处理。
对加工好的双金属材料进行热处理，包括淬火、回火等热处理过程，以提高其硬度和强度。
对表面进行处理，包括镀铜、电镀等表面处理，以提高其耐腐蚀性和装饰性。
进行性能测试和质量检验。
对制作好的钢基复合铜合金双金属蜗轮进行性能测试，包括硬度、强度、磨损等指标的测试，以确保其符合要求。
进行质量检验，包括外观检查、尺寸检测等，以确保产品质量。
制作钢基复合铜合金双金属蜗轮的方法包括选择材料、制备材料、组合材料、加工整形、热处理和表面处理等多个步骤。
挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析
挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能分析摘要：挤压铸造是一种常用的制备双金属复合材料的成型工艺，其通过将两种不同材料的坯料同时加热至熔融状态，然后通过挤压成型的方式将两种材料紧密结合在一起。
本文摘要将重点关注挤压铸造双金属复合材料的成型工艺及其性能分析，并探讨相关的研究成果和结论。
通过调控挤压铸造工艺参数，如温度、压力和速度等，可以实现双金属复合材料的均匀分布和良好的界面结合。
同时，挤压铸造工艺还可以有效地消除材料之间的气孔和夹杂物，提高复合材料的密实性和力学性能。
在性能分析方面，本文将综合考虑双金属复合材料的力学性能、热性能和耐腐蚀性能等方面。
通过实验测试和数值模拟等方法，可以评估双金属复合材料的强度、硬度、热膨胀系数和耐腐蚀性等关键性能指标。
最后，本文将总结挤压铸造双金属复合材料的成型工艺及其性能分析的研究成果，并展望其在工程应用中的潜力和发展方向。
关键词：挤压铸造双金属复合材料；成型工艺；性能一、引言挤压铸造双金属复合材料是一种重要的金属复合材料制备方法，通过将两种不同金属材料在高温下进行挤压铸造，实现两种金属的结合。
该方法具有成本低、生产效率高、界面结合强度高等优点，因此在航空航天、汽车、电子等领域得到广泛应用。
然而，挤压铸造双金属复合材料的成型工艺和性能分析仍然是一个研究热点和难点。
在本文中，我们将重点关注挤压铸造双金属复合材料的成型工艺及其对材料性能的影响进行分析。
首先，我们将介绍挤压铸造双金属复合材料的基本原理和工艺流程。
然后，我们将探讨不同工艺参数对复合材料界面结合强度、力学性能和耐腐蚀性能等方面的影响。
同时，我们还将分析挤压铸造过程中可能出现的缺陷和问题，并提出相应的改进措施。
通过对挤压铸造双金属复合材料成型工艺及性能的深入研究和分析，可以为优化工艺参数、提高复合材料性能和推动其工程应用提供有益的参考和指导。
同时，对挤压铸造双金属复合材料的研究还可以为其他金属复合材料的制备方法提供借鉴和启示。
复合材料的界面强度与粘结性能
复合材料的界面强度与粘结性能哎呀，说起复合材料的界面强度与粘结性能，这可真是个有趣又有点复杂的话题。
先来讲讲我之前遇到的一件小事儿吧。
有一次我去参观一个工厂，看到工人们在加工一种新型的复合材料零件。
那零件看起来很酷炫，但是在加工过程中却出现了一些问题。
就比如说，有些地方的粘结不够牢固，轻轻一掰就断开了。
这让我一下子就想到了复合材料的界面强度和粘结性能的重要性。
咱们来好好聊聊这个话题。
复合材料呢，就像是一个团队，不同的材料组合在一起，要想发挥出强大的力量，它们之间的“合作关系”就得特别好。
这其中，界面强度和粘结性能就是决定它们能不能好好合作的关键因素。
界面强度啊，就像是团队里成员之间的默契程度。
如果界面强度不够，就好比团队成员之间互相不了解、不信任，那工作起来肯定是一塌糊涂。
比如说，在一些纤维增强复合材料中，如果纤维和基体之间的界面结合太弱，当受到外力作用时，纤维就很容易从基体中拔出，整个材料的性能也就大打折扣啦。
而粘结性能呢，则更像是团队成员之间的沟通方式。
粘结得好，信息传递顺畅，工作效率就高；粘结不好，信息传递受阻，工作就容易出岔子。
举个例子，在一些层合复合材料中，如果层与层之间的粘结性能不好，在受到弯曲或者剪切力的时候，就容易发生分层现象，这可就糟糕了。
为了提高复合材料的界面强度和粘结性能，科学家和工程师们可是绞尽了脑汁。
比如说，他们会对材料的表面进行处理，就像给成员们进行培训，让他们更懂得如何合作。
或者是在材料的制备过程中加入一些特殊的添加剂，就像是给团队里安排一个协调员，专门负责促进成员之间的沟通和协作。
再比如说，通过优化复合材料的制造工艺，也能有效地提高界面强度和粘结性能。
就像制定一套完善的工作流程，让团队成员们都能按照最有效的方式工作，从而提高整个团队的效率和成果质量。
回到开头我在工厂看到的那个情况，其实就是因为在材料的选择和处理上没有做到位，导致界面强度和粘结性能不达标。
这也让我深刻地认识到，对于复合材料来说，这两个性能指标可不是闹着玩的，它们直接关系到产品的质量和可靠性。
复合材料的界面粘结强度与优化
复合材料的界面粘结强度与优化在当今的材料科学领域，复合材料因其卓越的性能而备受瞩目。
复合材料由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组合而成，其性能往往优于单一材料。
然而，复合材料性能的优劣在很大程度上取决于其各组分之间的界面粘结强度。
界面粘结强度是指复合材料中不同相之间结合的牢固程度。
如果界面粘结强度不足，复合材料在受力时容易在界面处发生分离和破坏，从而严重影响其整体性能和使用寿命。
例如，在纤维增强复合材料中，纤维与基体之间的界面粘结强度不够，可能导致纤维无法有效地承担载荷，进而使复合材料的强度和刚度大打折扣。
那么，影响复合材料界面粘结强度的因素有哪些呢？首先，材料的表面性质是一个关键因素。
复合材料中各组分的表面能、粗糙度、化学组成等都会对界面粘结产生重要影响。
通常，表面能较高、粗糙度适中且化学活性较强的表面有利于提高界面粘结强度。
其次，界面的物理和化学相容性也至关重要。
如果不同组分在物理和化学性质上差异过大，它们之间的相互作用就会较弱，从而降低界面粘结强度。
此外，制备工艺条件如温度、压力、固化时间等也会显著影响界面粘结强度。
为了提高复合材料的界面粘结强度，科学家和工程师们采取了一系列优化措施。
表面处理是一种常见的方法。
通过对材料表面进行打磨、蚀刻、氧化等处理，可以增加表面粗糙度和活性位点，从而提高与其他组分的结合能力。
例如，对碳纤维表面进行氧化处理，可以引入含氧官能团，增强其与树脂基体的化学键合。
选择合适的偶联剂也是优化界面粘结的有效手段。
偶联剂能够在不同相之间形成桥梁，改善它们之间的相容性和相互作用。
以硅烷偶联剂为例，它一端能与无机材料表面的羟基反应，另一端能与有机基体发生化学键合，从而显著提高界面粘结强度。
优化制备工艺同样重要。
精确控制制备过程中的温度、压力、时间等参数，可以促进材料之间的充分接触和反应，提高界面粘结效果。
例如，在复合材料的成型过程中，适当提高温度和压力可以增加分子的扩散和相互渗透，增强界面粘结。
自润滑复合材料论文-自润滑材料及其摩擦特性(精)
自润滑复合材料论文-自润滑材料及其摩擦特性摘要:自润滑复合材料是材料科学研究领域的一个重要发展方向，由于其在特殊使用条件下具有优良的摩擦学特性而受到人们的广泛关注。
本文主要介绍国内外自润滑复合材料的开发与进展，讨论了对材料摩擦学性能的影响因素。
关键词：固体润滑摩擦磨损自润滑复合材料一、前言：液态润滑(润滑油、脂是传统的润滑方式，也是应用最为广泛的一种润滑方式。
但液体润滑存在一下问题:1.高温作用下添加剂容易脱落；2。
随温度升高，其粘性下降，承载能力下降；3.高温环境下其性能衰减等问题；4。
液体润滑会增加成本,如切削加工中的切削液；5.液体润滑会造成环境污染.所以,自润滑材料已成为润滑领域的一类新材料,成为目前摩擦学领域的重要研究热点。
二、自润滑材料的种类自润滑材料一般分为金属基自润滑材料、非金属基自润滑材料和陶瓷自润滑材料。
其制备方法通常为粉末冶金法,此外,等离子喷涂、表面技术和铸造法也被应用于自润滑复合材料的制备。
1金属基自润滑材料金属基自润滑复合材料是以具有较高强度的合金作为基体,以固体润滑剂作为分散相，通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。
目前已开发的金属基自润滑复合材料,如在铁基、镍基高温合金中添加适量的硫或硒及银基和铜基自润滑材料，都已得到一定程度的应用。
2非金属基自润滑材料非金属基自润滑材料主要是指高分子材料或高分子聚合物，如尼龙等.它在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。
目前高分子基自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度；通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能。
3陶瓷自润滑材料陶瓷材料以其独特的特点和优点,使得陶瓷及陶瓷复合材料的自润滑研究已经引起了较为广泛的重视。
三、自润滑减摩材料的特点、性能1 粉末冶金法制造减摩材料的特点(1在混料时可掺入各种固体润滑剂(如石墨、硫、硫化物、铅、二硫化钼、氟化钙等，以改善该材料的减摩性能；(2利用烧结材料的多孔性，可浸渍各种润滑油，或填充固体润滑剂,或热敷和滚轧改性塑料带等，使材料更具自润滑性能，减摩性能特佳；（3优良的自润滑性,使它能在润滑剂难以到达之处和难以补充加油或者不希望加油（如医药、食品、纺织等工业的场合,能安全和无油污染的使用；（4较易制得无偏析的、两种以上金属的密度差大的铜铅合金-钢背、铝铅合金-钢等双金属材料；（5材料具有多孔的特性，能减振和降低噪声;(6材质成分选择灵活性大，诸如无机材料金属及合金、非金属、化合物和有机材料聚合物等,均可加入其中，并能获得较理想的减摩性能，例如高石墨含量的固体润滑减摩材料等;（7特殊用途的减摩材料，如空气轴承、液压轴承、耐腐蚀性轴承等，更发挥了粉末冶金减摩材料的特点。
铜 钢复合材料及其制备工艺
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(11), 1047-1054Published Online November 2018 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2018.811125Copper/Steel Composite Material and ItsPreparation ProcessXu Han1, Benkui Gong1*, Lei Wang1, Rui Feng1, Jianping Niu2, Dongdong Liu21School of Material Science and Technology, Shandong University of Technology, Zibo Shandong2Hebei Wanfeng Metallurgical Parts Co., Ltd., Zhangjiakou HebeiReceived: Oct. 30th, 2018; accepted: Nov. 14th, 2018; published: Nov. 21st, 2018AbstractThis paper introduces several main preparation processes and principles of copper/steel compo-sites, summarizes the interface bonding mechanism of copper/steel composites, and forecasts the development and application prospects of copper/steel composites.KeywordsCopper/Steel Composite, Preparation Technology, Interface, Binding Mechanism铜/钢复合材料及其制备工艺韩旭1，宫本奎1*，王磊1，冯锐1，牛建平2，刘东东21山东理工大学材料科学与工程学院，山东淄博2河北万丰冶金备件有限公司，河北张家口收稿日期：2018年10月30日；录用日期：2018年11月14日；发布日期：2018年11月21日摘要本文介绍了铜/钢复合材料的几种主要的制备工艺及原理，总结分析了铜/钢复合材料的界面结合机理，展望了铜/钢复合材料的发展及应用前景。
铸造工艺对双金属复合材料性能的影响
铸造工艺对双金属复合材料性能的影响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。
标签：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證。
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。
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存在一个从小晶体向大晶体的物质迁移过程, 即 小晶体被溶解而在大晶体上再沉淀, 使得固相颗 粒快速长大。 图 4、 图 5 能谱分析结 果表明, P b 完全不固 溶于 Cu 相中, 因 此烧结时可 保持液相 P b 量不 变; Sn 和 Cu 可固溶于 Pb 相中, 钢背中的 Fe 原 子向合金层中的 Cu 相中扩散的量相对向合金层 中 Pb 相中扩散的量要少许多, 也就是说, Fe 原子 向合金层的 Pb 相中扩散能 力更强。此 外, 钢背 中其他元素并未向合金层扩散。对比图 4 和图 5 可以看出 , 图 4 中有钢背中的 Fe 原子向合金层中 扩散 , Fe 原子向 Cu 相中扩散量为 0. 89% , F e 原 子向合金层的 Pb 相中扩散量为 2. 16% ; 图 5 中 也有钢背中的 Fe 原子向合金层中扩散, Fe 原子 向 Cu 相中扩散量为 0. 30% , Fe 原子向合金层的 Pb 相中扩散量为 0. 90% 。专用钢背试样 的 Fe 原子扩散能力相对于 08A l 试样的 F e 原子扩散 能力更强 , 更有利于提高材料粘结强度。钢板在
第 33 卷第 5 期 2010 年 10 月
武 汉 科 技 大 学 学 报 Journal of Wuhan University of Science and Technology
Vol. 33, No. 5 Oct. 2010
铜铅/ 钢双金属复合材料组织和粘结强度分析
王立辉
1, 2
,唐
荻 , 陈 宇 , 许竹桃 , 张友登
专用钢背合金成分分析
Fig. 4 Alloy layer analysis of the special steel backing com
( b) 08Al 钢背双金属 图 3 双金属金 相组织 Fig. 3 Microstructures of the bimetallic plates
2010 年第 5 期
1
1. 1
实验材料及方法
实验材料 试验钢背材料取自武汉钢铁( 集团 ) 公司冷轧
图1
粘结试样截面
Fig. 1 Sectional drawing of the bonding specimen
精密轴瓦专用钢和 08Al 钢 , 厚度均为 2. 0 mm, 其化学成分如表 1 所示。
表 1 钢背材料化 学成分 ( wB / %) Table 1 Chemical composition of the steel backed materials
式中 : P 为钢背与合金断裂载荷, N; d 2 为试样外 径, m m; d 1 为试样内径 , mm 。 用 PM E3 323UN 光学显微镜进行金相组织 观察 , 依据标准为 GB/ T 10561- 2005、 GB/ T 6394 - 2002。选取两种钢背双金属试样各 1 件, 试样 经镶嵌、 磨制、 抛光后, 依据 标准 GB/ T 173591998, 用二次电子探针 ( JXA 8800R) 观察组织形 态, 用能谱仪分析合金成分 , 测试条件: 真空度不 大于 7 ∀ 10- 3 Pa, 电压 20 kV 。将专用钢背制成 的双金属试样编为 1 号, 08A l 钢背制成的双金属 试样编为 2 号, 用砂纸将试样合金层表面打磨减 薄至界面处 , 用 X 射线 衍射仪 ( D/ max 2500PC) 分析结合界面 处的相 组成。检测条 件: 管压 40 kV; 管电流 250 mA, 扫描速度 4#/ min 。
式中 : I 为衍射积分强度 ; X 为相体积分数 ; K 为 常数。 由式 ( 2) 可知 , 两个样 F eCu 相和 Cu 相的相 对体积分数比值就是其衍射强度比值。从表 4 可 以看出, 1 号试样的 FeCu 相相对衍射积分强度比 值更高, 其相对体积分数也相应更高, 这表明 1 号 试样扩散能力更强, 更有利于粘结强度的提高 , 从 而进一步证实了轴瓦钢背专用钢与合金层的粘结 强度更理想。
2 2 2 1
出 , 专 用 钢背 双金 属界 面处 组 织分 布 均匀 ; 而 ( 1) 08Al 钢背双金属界面处组织晶粒尺寸不匀 , 两者 在界面处难以观察到扩散现象。 2. 3 微区成分分析 专用钢背双金属合金成分分析如图 4 和表 2 所示。可以看出, 合金成分由铜颗粒和粒间的铅 结合相以及少量的锡相组成。
( a) 二次电子 图像
复合前经打毛处理后 , 增强了钢和合金层间的界 面能 , 也增加了原子扩散的能力。扩散是物质内 部的热运动而导致的原子或分子的迁移过程, 扩 散初始阶段, 界面原子浓度梯度的剧烈差异和界 面空位的大量存在, 促使原子迅速扩散 , 键合原子 增多 ; 随着扩散继续进行, 原子浓度梯度差减小, 空位减少 , 对原子扩散的促进作用变小 , 界面强度 增加趋势变缓[ 4] 。 2. 4 双金属界面处相组成 两种钢背 成分的试样合 金层与钢基 体界面 XRD 图谱如图 6 所示。1 号试样界面处由 Cu 、 ! Fe 和具有 N aCl 结构的 FeCu 相组成; 2 号试样界 面处由 Cu 和具有 NaCl 结构的 F eCu 相组成。两 个试样合金层中的 Cu 原子和钢背中的 Fe 原子 都发生了互扩散, 组成了具有 NaCl 结构的 F eCu 相, 同时, 由于 1 号试样出现了 ! F e 相 , 说明合金 层区砂纸打磨减薄过程中 , 接近了钢基体, 但这不
( b) 图 ( a) 中 1 点处能谱图
( c) 图 ( a) 中 2 点处能谱图 图5 表3 08Al 钢背合金成分分析 Fig. 5 Alloy layer analysis of 08Al steel backing composite 图 5( a) 中 1、 2 点处 EDS 分析结果
1点 w % 0. 30 93. 49 6. 21 x/% 0. 36 96. 22 3. 42 w B/ % 0. 90 7. 33 0. 73 91. 04 2点 x/ % 2. 89 20. 11 1. 09 75. 91
面打毛 烧结
用钢板下表面粗糙度 R a 0. 6 m; 烧结温度约为 860 ! ; 控制双金属轧制压下率为 30% ~ 40% 。 1. 3 检验方法 两种双金属材料粘结试样截面如图 1 所示。 粘结强度测试试样如图 2 所示。
收稿日期 : 2010 06 07 作者简介 : 王立辉 ( 1977 ) , 男 , 武汉钢铁 ( 集团 ) 公司工程师 , 北京科技大学博士生 . E mail : wl h337@ w isco. com . cn
( a) 二次 电子图像
2
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实验结果与讨论
复合材料的粘结强度 轴 瓦 双 金 属 的 粘 结 强 度 不 得 低 于 100
[ 2]
MP a 。由式 ( 1) 可得 , 专用钢背材料与合金复合 材料的粘结强度为 150 M Pa; 而 08A l 钢背材料与 合金复合材料的粘结强度仅为 85 M P a。 2. 2 金相组织分析 双金属金相组织如图 3 所示。从图 3 中可看
牌号 专用钢 08Al C 0. 15 0. 09 Si 0. 008 0. 03 Mn 0. 55 0. 60 P 0. 008 0. 030 S 0. 007 0. 030 Als 0. 070 0. 030
1. 2
双金属制作方法 双金属复合材料加工工艺流程为 : 钢板上表 酸洗 碱洗 烘干 上表面布铜铅粉末 双金属水冷 双金属轧制。要求轴瓦专
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( 1. 武汉钢铁 ( 集团 ) 公司研究院 , 湖北 武汉 , 430080; 2. 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心 , 北京 , 100083) 摘要 : 采用双金属复合材料加工工艺制备铜铅 / 钢双金属复合 材料 , 对复合材料 金相组织 、 合金成 分和界面 处 相组成进行分析 , 测定铜铅型轴瓦双金属复合材 料的粘结强度 。 结果表明 , 专用钢背材料和铜铅合金复合 , 复 合材料粘结强度 为 150 M P a; 用 08A l 钢作钢背 , 复合材 料粘结强度 为 85 M Pa。 不同钢 背材料对 双金属 粘 结强度产生不同影响 , 双金属界面金相组织观察 和二次电子像结合能谱分析表明 , 铅均匀分布 , 未产生偏析现 象 , Fe 原子和 Cu 原子互扩散而提高了双金属粘结强度 。 关键词 : 铜铅合金 ; 双金属 ; 粘结强度 ; 显微组织 ; 扩散 中图分类号 : T B331 文献标志码 : A 文章编号 : 1674 3644( 2010) 05 0557 04
王立辉 , 等 : 铜铅 / 钢双金属复合材料组织和粘结强 度分析
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08Al 钢背合金成分分析如图 5 和表 3 所示。 铜铅合金粉末在 800~ 900 ! 烧结时 , 铅为液相, 而 ! Cu 为固相 , 故为液相烧结。根据粉末烧结理 论[ 3] , 二混合组元的物化性质、 相对熔点, 表面张 力和平衡相图对二元系液相烧结起作用。但由于 铜铅合金粉末为松散铺粉 , 烧结并不是为了获得 完全致密组织, 因此 , 铜铅合金粉末的烧结不同于 普通液相烧结 , 而具有其特殊性。由于细小晶体 间界面张力和饱和溶解度要比大晶体的大 , 因而
图2 measurment
粘结强度测试试样
Fig. 2 Photographs of the specimen for the bonding strength
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武 汉
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2010 年第 5 期
依据 GB/ T 6396- 1995, 粘结强度 = 4 P/ ( ( d - d ) )
Table 3 EDS analysis results in Fig. 5( a)
元素 Fe Cu Sn Pb
图 6 双金属 XRD 图谱 Fig. 6 XRD spectra of the bimetallic samples