鑄造工藝對雙金屬復合材料性能的影響

王瑩

摘 要：對雙液雙金屬復合鑄造以及雙金屬復合材料的定義進行分析論述，這樣能夠加強這方面的了解程度。采用現(xiàn)代分析方法，對雙金屬復合材料的性能受到鑄造工藝影響的程度進行實驗，通過對實驗結(jié)果進行分析得到，復合鑄造工藝不僅僅會對材料的表面質(zhì)量以及應力狀態(tài)進行影響，同時，在界面結(jié)構(gòu)、形貌以及組成等方面都有很大影響。通過實驗得到的結(jié)論，對雙金屬復合材料以后的發(fā)展是重要的指導。

關(guān)鍵詞：鑄造工藝；雙金屬復合材料；性能；影響

前言

文章中對不同的鑄造結(jié)構(gòu)和使用條件進行了分析，通過采取特殊的鑄造工藝方法，能夠使結(jié)晶界面和基體的溫度、梯度以及厚度都是均等的，保證結(jié)合界面是均勻的，同時也能制備出無混料的雙金屬復合材料，對復合材料進行進一步的研究和分析，在經(jīng)濟效益和學術(shù)價值方面十分有利。

1 對雙液雙金屬復合鑄造的概述

雙液雙金屬復合鑄造是指在一定的澆注溫度下，將兩種液體的金屬按照一定的順序?qū)⑵錆沧⒌酵粋€鑄型中，這樣形成的復合材料具有很好的耐磨性，同時，也能克服兩種金屬存在的缺點，將兩種金屬的優(yōu)點進行發(fā)揮，新形成的復合材料具有兩種金屬的特性。新型復合鑄造零件能夠適應各種惡劣的使用環(huán)境，在使用過程中壽命也將出現(xiàn)延長的情況。雙液雙金屬在實際操作過程中比較難，在對耐用零件進行批量生產(chǎn)時難度系數(shù)更大。在應用過程中，可靠性條件非常差，對整個加工過程帶來的影響將非常大。在鑄造過程中，對界面的結(jié)合質(zhì)量對復合材料的性能影響原因進行分析，能夠?qū)秃辖缑娴年P(guān)鍵因素進行保證。

2 對雙金屬復合材料的概述

采用復合技術(shù)將兩種完全不同的金屬接觸面進行相互之間的固勞，并且結(jié)合在一起，通常情況下，兩種金屬的物理和化學性能都將是不同的，在這種情況下，出現(xiàn)的新型材料就是雙金屬復合材料。雙金屬復合材料具有非常好的性能，而且這些技能非常特殊，在工作環(huán)境比較惡劣的情況下，雙金屬復合材料的使用壽命也非常好。雙金屬復合材料成本非常低，在性能方面非常好，而且能夠合理對資源進行開發(fā)利用。在很多的工業(yè)領域中，石油、汽車、航空對這種新型的材料應用比較廣泛，因此，其市場前景非常好。

3 鑄造工藝對雙金屬復合材料性能影響的實驗

文章對鑄造工藝對雙金屬復合材料的材質(zhì)復合界面的組織以及耐磨性綜合力學性能進行了試驗和研究，在以后的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步將有很大影響。

3.1 實驗材料

在試驗過程中，主要的試驗材料有碳、硅、朦和鉻，其中，碳是鋼中的主要元素，是鋼的基本組織成分。在試驗中，將少量的碳固體溶合在鐵素體中，這樣能形成以滲碳體的形式存在。在實驗過程中要對碳含量進行很好的控制，因為碳含量過高或者是過低都是會導致鋼的質(zhì)量受到很大影響。碳含量出現(xiàn)過低的情況，會導致鋼的淬硬性以及耐磨性出現(xiàn)很差的情況，在碳含量過高的情況下，會導致鋼的韌性出現(xiàn)降低的情況，因此，要對碳的含量進行很好的控制，能夠更好的保證鋼的剛度和硬度。硅在鋼中的作用就是當貝氏體轉(zhuǎn)變過程中，抑制碳化合物的析出，硅在鋼中的形態(tài)主要是以固體的形式進行溶體，在鐵素體中進行存在，這樣利用硅的性能能夠更好的增加鋼的強度和硬度，降低鋼的塑性。在鑄造鋼過程中，錳的作用是不可替代的，其主要的功能就是脫氧，對硫元素進行中和，避免出現(xiàn)有害作用，從而能對鑄件出現(xiàn)的強烈缺陷進行防止。不僅如此，錳還能對鋼中出現(xiàn)的溫度以及分解速度進行降低。在使用過程中將錳和硅進行配合使用，能夠?qū)︿摰膹姸冗M行提高，對硬度和韌度也有很好的促進作用。但是，在鋼中，錳的含量一定要進行必要的控制，不能出現(xiàn)錳含量過高的情況，這樣會導致鋼晶粒出現(xiàn)粗化的情況，對鋼的回火脆性以及敏感性都有很大的影響。

鉻是一種活性比較大的耐磨材料元素，其能夠固溶于鐵素體中，同時也能和鋼中的碳組合形成很多種碳化物，它的主要作用就是促使鋼的淬透性得到提高，同時，對鋼的抗氧化能力和抗腐蝕能力進行提高。鉻在鋼中的含量比較高也不用對其進行擔心，這種元素不會對鋼的性能產(chǎn)生很大的影響，但是，其會在鋼中形成比較復雜的碳化物，這種物質(zhì)能夠從鋼中進行析出，然后起到沉淀和強化的作用。

3.2 實驗方法

3.2.1 具體方法

使用酸性坩堝熔煉實驗鋼，并采用65kg和150kg中頻感應電爐，將澆注溫度定為1550，濕砂型澆注后加工成10mm×10mm×55mm沖擊韌性試樣。主要對鋼的材質(zhì)復合界面組織、耐磨性、綜合力學性能三方面進行分析和觀察。其中，采用的器具主要有ZBC-300B全自動金屬擺錘沖擊實驗機，負責沖擊韌性測試；HRC-150A硬度計負責硬度測試；MLD-10動載荷磨料磨損試驗機負責磨損試驗。最后采用奧林巴斯GX71倒置式金相顯微鏡進行組織分析，從而得出結(jié)論。

3.2.2 鑄造工藝

實驗時采用兩個澆注系統(tǒng)，分別澆入低碳鋼和高碳鋼，時間上要間隔15-80秒，而且需要注意的是澆入低碳鋼后，當鋼液已經(jīng)趨近工藝要求的復合界面或已達到時，根據(jù)鑄件的大小才可以澆入高碳鋼。其中任選一組將激冷材料放置在兩種材質(zhì)的連接部位，從而保證結(jié)晶界面與基體間存在一定的溫度梯度以及厚度，另一組則不需要添加激冷材料。

3.3 實驗結(jié)果

3.3.1 對復合界面組織的影響

由于采用特殊的雙液雙金屬復合鑄造工藝，當?shù)吞间摻Y(jié)晶后才進行高碳鋼的澆筑，然后經(jīng)過高溫鐵水的作用，致使低碳鋼能夠保存的很好，只是表面熔化很薄的一層，而且結(jié)合區(qū)復合界面的交界線處相互交錯，產(chǎn)生了熔融和相互滲透的現(xiàn)象，這是從圖片上清晰可見的，這就說明兩種材質(zhì)的中間結(jié)合面實現(xiàn)了有效的冶金結(jié)合，而且復合界面并沒有發(fā)生沖混現(xiàn)象。

3.3.2 對耐磨性的影響

通過實驗，我們可以總結(jié)出：將實驗鋼材料和高錳鋼進行相同時間的磨損，發(fā)現(xiàn)前者的動載磨損失重量要明顯小于后者。這是由于實驗鋼以擠出和淺層剝落為主，無論是組織上還是綜合力學性能均高于高錳鋼，具有較強的抵抗石英砂磨粒的切削的能力，這就減少了磨損過程中表面金屬的剝落，呈現(xiàn)出較好的耐磨性能。

3.3.3 對力學性能的影響

此圖片為等溫淬火溫度試樣高碳鋼沖擊斷口的SEM照片，從圖片上我們可以看出斷口的形狀是扇形花樣，而且還有大量的撕裂棱以及大大小小的圓形或橢圓形的深韌窩，這就說明該材質(zhì)的韌性是十分好的。

4 結(jié)束語

鑄造工藝對雙金屬材料的性能有很大影響，因此，在進行復合的時候要應用特殊的鑄造工藝，這樣不僅能夠提高復合材料的組織界面結(jié)合狀態(tài)，在耐磨性能和力學性能方面影響也非常好，這樣能夠提高生產(chǎn)工作的安全性。對雙金屬鑄造的定義進行分析，增強對其的了解，應用現(xiàn)代的方法，通過試驗對鑄造工藝進行分析，這樣對雙金屬復合材料以后的發(fā)展非常有利。

參考文獻

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