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铸造工艺对双金属复合材料性能的影响

本文从双液双金属复合铸造以及双金属复合材料的定义着手，对其进行概述，从而加强对这方面的了解。并采用SEM、EDAX、TEM等现代分析方法，就铸造工艺对双金属复合材料性能的影响进行实验，实验结果表明复合铸造工艺不仅对材料表面的质量、应力状态有影响，而且对界面结构、形貌及相组成均有很大的影响。通过这次实验得出的结论对于今后制造双金属复合材料具有重要的指导意义。

标签：铸造工艺；双金属复合材料；性能；影响

前言

本文依据不同的铸造结构与使用条件，采取特殊的铸造工艺方法，在保证结晶界面与基体的温度、梯度、厚度等均是一定的，并确保结合界面是均匀、完整的前提下，从而制备出无混料、大复合界面的双金属复合材料，这无论是对复合材料的进一步研究和应用，还是对双金属复合材料的界面设计和制备，均是十分有利的，且具有极大的经济效益和学术价值。

1 对双液双金属复合铸造的概述

所谓的双液双金属复合铸造主要指的是在一定的浇注温度下，将两种液体金属按照先后的顺序浇筑到同一个铸型中，从而获得的耐磨零件，既克服了两种金属的缺点，同时也充分发挥了两种金属的优点，具有两种金属的特性，促使零件能够适应各种恶劣工况，延长部件的使用寿命。但是在实际的操作中的难度是十分大的，尤其是对矿用鄂板等耐用零件的批量生产的难度系数更是高，加之可靠性差等因素等对其实用化进程造成了严重的阻碍。而且通过铸造，我们了解到界面的结合质量是影响复合材料性能的主要原因，而铸造工艺则是保证获得良好复合界面的关键因素。

2 对双金属复合材料的概述

通过采用复合技术，将两种完全不同的，尤其是物理性能和化学性能不同的金属的接触面相互固牢并结合在一起，从而获得的一种新型材料称为双金属复合材料。这种双金属复合材料具有特殊的性能，不仅能够适应各种恶劣的工作环境，而且能够延长部件的使用寿命。它具有成本低、性能好、合理利用资源等特点，因此在工业领域，如：石油、造船、汽车、航空等中得到了广泛的应用。由此可见，它的市场前景十分广阔。

3 铸造工艺对双金属复合材料性能影响的实验

接下来本文主要就铸造工艺对双金属复合材料的材质复合界面组织、耐磨性、综合力学性能等方面的影响进行实验和论述。以供参考。

3.1 实验材料

本次实验所需的材料主要有四种，分别是碳、硅、锰、铬。其中碳是钢中的主要元素，决定着钢的基本组织。在实验中，少量碳固溶于铁素体，其余的均以渗碳体的形式而存在。而且要注重碳的含量，碳量过高或过低均会影响钢的质量，当碳量过低时，钢的淬硬性、耐磨性会较差；当碳量过高时，钢的韧性就会降低。因此，要控制碳的含量，保持钢的强度和硬度。硅在钢中所起的作用是当贝氏体转变过程中能够强烈的抑制碳化物的析出，它在钢中的形态是固溶体并存在于奥氏体和铁素体中，通过使用硅能够增加钢的硬度和强度，降低钢的塑性。锰在铸造钢时所起的作用也是不可替代的，它主要的功能是脱氧、中和硫的有害作用，从而防止铸件产生热烈缺陷。除此之外，锰具有降低钢的AC3温度和减缓奥氏体的分解速度的作用，与硅配合使用，还能有效的提高钢的强度、硬度和韧度。但需要注意的是要将锰的含量控制在一定的范围内，不可过高，避免出现钢晶粒粗化，增加钢的回火脆性敏感性的现象。

铬是一种活性比较大的耐磨材料的元素，它既可以固溶于铁素体中，又能与钢中的碳组合形成多种碳化物。它的主要作用是促使钢的淬透性得到提高，同时增加钢的抗氧化能力和抗腐蚀能力。如果铬在钢中的含量较高也不需要过分担心，它不会产生负面影响，虽然会在钢中形成复杂型的碳化物，如Cr23C6和Cr7C3但是它们会在钢中弥散析出，从而起到沉淀强化作用。

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

通过图片我们可以看出两种金属的结合状态十分好，界面区域的宽度也很小。这是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

综上所述，从实验结果可以得出：铸造工艺对双金属复合材料性能的影响是十分大的，采取特殊的铸造工艺方法，不仅可以提高复合材料的组织界面的冶金结合状态，而且还可以提高其耐磨性能和力学性能，从而提高产品工作的安全性。

参考文献

[1]田德旺，应保胜.双金属复合材料冷轧变形行为及结合强度的研究[D].武汉：武汉科技大学，2007（3）.

[2]向云贵，廖丕博.双金属符合铸造球磨机衬板工艺研究[J].南方金属，2007（2）：28-30.

[3]郭纪伟.碳和硅含量及热处理参数对贝氏体刚性能的影响[J].机械工程师，2003（3）：39-41.