Алавяная бронза з'яўляецца асноўным матэрыялам для зношваемых дэталяў і шырока выкарыстоўваецца ў прамысловасці. Былі прааналізаваны металаграфічная структура і энергетычны спектр алавянай бронзы CuSn12Ni2, і парашок алавянай бронзы CuSn12Ni2 быў нанесены на падкладку з легаванай сталі 42CrMo з выкарыстаннем высакахуткасная лазерная ашалёўка працэс правядзення выпрабаванняў на трываласць склейвання. Вынікі даследавання паказваюць, што металургічнае злучэнне дасягаецца паміж алавянай бронзай CuSn12Ni2 і падкладкай з легаванай сталі 42CrMo.

1. Перадумовы даследавання

Алавяністая бронза шырока выкарыстоўваецца ў прамысловасці ў якасці аднаго з асноўных матэрыялаў для труцца і зношваюцца частак. Гэты матэрыял асабліва падыходзіць для нізкіх хуткасцяў і вялікіх нагрузак. Асноўныя формы, якія выкарыстоўваюцца ў падшыпніках слізгацення, уключаюць адзінкавыя металічныя ўтулкі і ўпорныя падшыпнікі, біметалічныя ўтулкі і ўпорныя падшыпнікі з парашковага спекання, цэнтрабежна адлітыя біметалічныя ўтулкі і ўпорныя падшыпнікі, прадзільныя адзінкавыя металічныя ўтулкі, адзінкавыя металічныя ўтулкі ў парашковай металургіі і г. д. Лазерная ашалёўка з'яўляецца эфектыўнай паверхняй тэхналогія рамонту ўмацавання і аднаўлення з перавагамі добрага счаплення з падкладкай, нізкай хуткасці развядзення і невялікай зоны тэрмічнага ўздзеяння. Лазернае наплаўленне - гэта складаны працэс шматпараметрічнага спалучэння. Такія параметры, як магутнасць лазера, хуткасць лазернага сканавання, хуткасць падачы парашка і дыяметр плямы вельмі важныя для якасці абліцавальнага пласта. Вытворчасць лазернай ашалёўкі была вывучана ў многіх аспектах у краіне і за мяжой. Тым не менш, для звычайнай лазернай ашалёўкі парашок паглынае 20% энергіі, каэфіцыент выкарыстання энергіі нізкі, каэфіцыент развядзення складае 5%~15%, а наступны аб'ём апрацоўкі вялікі пасля завяршэння ашалёўкі, і кошт апрацоўкі высокая. Для высакахуткаснай лазернай ашалёўкі парашок можа паглынаць 80% энергіі, каэфіцыент выкарыстання энергіі высокі, каэфіцыент развядзення можа быць менш за 3%, а наступны аб'ём апрацоўкі невялікі пасля завяршэння ашалёўкі і апрацоўкі кошт нізкая. Тэхналогія высакахуткаснай або нават звышхуткаснай лазернай ашалёўкі аптымізуе форму плаўлення і каэфіцыент паглынання энергіі парашком, павялічвае хуткасць нанясення матэрыялу і забяспечвае высокую эфектыўнасць, без дэфектаў, з высокай трываласцю злучэння і нізкай пласт ашалёўкі хуткасці развядзення, што больш выгадна, чым традыцыйная лазерная ашалёўка. Працэс падрыхтоўкі высокахуткаснай лазернай ашалёўкі выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі пласта са сплаву волава і бронзы на падкладцы сталёвага вала, які можа вырашыць праблему бегавых кругоў, выкліканых паўзучасцю, выкліканай доўгатэрміновай інтэрферэнцыйнай пасадкай паміж утулкай вала і сталлю. падкладка. І пасля таго, як пласт алавяна-бронзавага сплаву разбурыцца, яго можна апрацаваць і выдаліць, а затым зноў ашаляваць для дасягнення аднаўлення вытворчасці. У цяперашні час адносна мала даследаванняў па высакахуткасным лазерным наплаўленні парашка алавянай бронзы на падкладках сталёвага вала. Аўтар прымяняе тэхналогію высакахуткаснай лазернай плакіроўкі да плакаванага парашка алавянай бронзы CuSn12Ni2 на падкладцы з легаванай сталі 42CrMo для вывучэння мікрасаставу і арганізацыі матэрыялу і трываласці макрасклейвання двухслаёвага металічнага матэрыялу. Вынікі даследаванняў паказваюць, што алавяная бронза CuSn12Ni2 і падкладка з легаванай сталі 42CrMo дасягнулі металургічнага злучэння.

2 Падрыхтоўка проб

Для поўнага вывучэння трываласці счаплення матэрыялу спачатку рыхтуюцца даследчыя ўзоры, у тым ліку плоскія ўзоры, якія выкарыстоўваюцца для праверкі дэфектаў матэрыялу і хімічнага складу паблізу паверхні злучэння матэрыялу, і кругавыя ўзоры, якія выкарыстоўваюцца для праверкі трываласці счаплення матэрыялу.

2.1 Падрыхтоўка парашка

Чым больш канцэнтраваны памер часціц, тым лепшая сферычная форма і больш раўнамернае размеркаванне складу парашка, які выкарыстоўваецца для высакахуткаснага лазернага наплаўлення, тым лепшая цякучасць парашка і менш дэфектаў пасля нанясення плакіроўкі, асабліва для склейвання паверхні, будзе менш дэфектаў. Парашок алавянай бронзы CuSn12Ni2, які выкарыстоўваецца аўтарам, атрыманы ў працэсе газавага распылення. Прынцып заключаецца ў выкарыстанні высакахуткаснага паветранага патоку, каб разбіць вадкасць меднага сплаву на драбнюткія кроплі, а затым хутка астудзіць яе з адукацыяй сферычных часціц металу. Памер часціц у асноўным канцэнтруецца ў межах 50~150 мкм, а сферычнасць добрая, як паказана на малюнку 1. Металаграфічныя збожжа ўнутры парашка алавянай бронзы дробныя. Малюнак 2 (а) паказвае большасць роўнавосевых крышталяў, а малюнак 2 (б) паказвае невялікую частку дендрытаў. Акрамя таго, аналіз энергетычнага спектру папярочнага перасеку парашка алавянай бронзы паказвае, што размеркаванне элементаў медзі, волава і нікеля адносна раўнамернае і не адбываецца сегрэгацыі.

2.2 Падрыхтоўка проб

Для падрыхтоўкі ўзораў выкарыстоўваецца высакахуткасны працэс лазернай ашалёўкі, у якім крыніцай святла абсталявання для лазернай ашалёўкі з'яўляецца валаконны лазер з даўжынёй хвалі лазера каля 1.06 мкм і максімальнай магутнасцю 6 кВт. Пасля таго, як лазер выпраменьваецца з валаконнага раздыма, ён пераўтворыцца ў паралельнае святло праз калімуючую лінзу, а затым факусуецца праз факусіруючую лінзу, каб сканцэнтраваць энергію ў адной кропцы, і метал плавіцца ў фокусе для апрацоўкі лазернай ашалёўкі. Кааксіяльны кальцавой газаносец выкарыстоўваецца для раўнамернай падачы парашка. Газам для падачы парашка з'яўляецца аргон. У той жа час аргон выкарыстоўваецца ў якасці ахоўнага газу для памяншэння акіслення матэрыялаў пры лазернай ашалёўцы. Для адводу залішняга цяпла, якое выдзяляецца лазерам у працэсе пераўтварэння электрычнай энергіі ў светлавую, і для адводу часткі цяпла, паглынутага лінзай, якая адлюстроўвае лазерны прамень на знешнім аптычным шляху, прадугледжана сістэма вадзянога астуджэння. лазер.

Таўшчыня пласта ашалёўкі ў даследаванні аўтара складае 1.2 мм, хуткасць ашалёўкі 60~100 мм/с, дыяметр плямы 2 мм, колькасць падачы парашка 40~50 г/мін, а магутнасць лазера 4500кВт~4800кВт.

Плоскі ўзор, падрыхтаваны ў працэсе высакахуткаснай лазернай ашалёўкі, паказаны на малюнку 3, які выкарыстоўваецца для характарыстыкі і аналізу матэрыялу паблізу паверхні злучэння алавяністай бронзы CuSn12Ni2 і падкладкі з легаванай сталі 42CrMo. У канкрэтнай аперацыі неабходна ўзяць пробы з плоскага ўзору, а затым падрыхтаваць узор для аналізу металаграфічнай структуры і аналізу энергетычнага спектру. Нармальны тэставы ўзор на трываласць счаплення, падрыхтаваны з дапамогай высакахуткаснага працэсу лазернай ашалёўкі, паказаны на малюнку 4, які выкарыстоўваецца для вызначэння трываласці счаплення паміж алавяністай бронзай CuSn12Ni2 і падкладкай з легаванай сталі 42CrMo.

3 Характарыстыка і аналіз высакахуткасных лазерных матэрыялаў для ашалёўкі

3.1 Металаграфічная структура

Узор быў падвергнуты металаграфічнага аналізу. Абсталяванне для аналізу выкарыстоўвала мікраскоп звышглыбініны поля. На малюнку 5 паказана марфалогія мікраструктуры ўзору да карозіі, а на малюнку 6 - металаграфічная структура ўзору пасля карозіі. Раствор, які выкарыстоўваецца для ўзору карозіі, складаецца з сумесі трох рэчываў: 10 г FeCl, 6H, 0 мл раствора салянай кіслаты з шчыльнасцю 2 г/мл і 1.16 мл раствора этанолу з аб'ёмнай доляй 98%. На малюнку 95 відаць, што алавяная бронза CuSn5Ni12, атрыманая з дапамогай высакахуткаснага працэсу лазернай ашалёўкі, усё яшчэ мае пэўныя пары, а найбольшы дыяметр пор складае 2 мкм. На малюнку 97.14 відаць, што металаграфічная структура ўзору пасля карозіі складаецца ў асноўным з дендрытаў паблізу паверхні злучэння, а роўнавосевыя збожжа ў асноўным утвараюцца бліжэй да паверхні алавяністай бронзы CuSn6Ni12. Асноўная прычына ў тым, што чым бліжэй да паверхні, тым большая ступень пераахаладжэння, тым лягчэй утвараюцца роўнавосевыя збожжа, а чым бліжэй да паверхні злучэння, тым меншая ступень пераахаладжэння, што больш спрыяе ўтварэнню дендрытныя збожжа.

3.2 Аналіз энергетычнага спектру

У працэсе лазернай плакіроўкі пэўная колькасць элементаў алавянай бронзы CuSn12Ni2 пранікае ў матрыцу з легаванай сталі 42CrMo і ўтварае металургічную сувязь каля паверхні злучэння. Мэта аналізу энергетычнага спектру на паверхні злучэння заключаецца ў тым, што каэфіцыент развядзення алавяністай бронзы CuSn12Ni2 невысокі, таму працэс мала ўплывае на склад і механічныя ўласцівасці алавяністай бронзы. Нягледзячы на ​​тое, што каэфіцыент развядзення невысокі, невялікая колькасць элементаў трапляе ў матрыцу з легаванай сталі, што паказвае на тое, што металургічнае злучэнне адбываецца побач з паверхняй злучэння.

4 Выпрабаванне трываласці злучэння

Пасля таго, як алавяна-бронзавы матэрыял CuSn12Ni2 нанесены на матрыцу з легаванай сталі 42CrMo з дапамогай высакахуткаснага працэсу лазернай плакіроўкі, ён павінен мець высокую трываласць счаплення з матрыцай, калі ён выкарыстоўваецца ў якасці пласта слізгацення, які памяншае трэнне і ўстойлівы да зносу. падшыпнік. Гэта можа быць атрымана шляхам рэгулявання параметраў высакахуткаснага лазернага працэсу ашалёўкі. Аўтар падрыхтаваў узоры для выпрабавання на трываласць счаплення ў адпаведнасці з нацыянальным стандартам GB/T12948-1991 «Метад разбуральнага выпрабавання на трываласць біметалічнага счаплення падшыпнікаў слізгацення» і правёў выпрабаванне на трываласць счаплення. Мяжа цякучасці матэрыялу з алавянай бронзы CuSn12Ni2 складае 140 МПа ~ 150 МПа, а трываласць на расцяжэнне складае 260 МПа ~ 300 МПа. Калі трываласць злучэння меншая за мяжу цякучасці, на паверхні злучэння адбудзецца разлом. Калі трываласць злучэння знаходзіцца паміж мяжой цякучасці і мяжой цякучасці, разлом усё роўна будзе адбывацца на паверхні злучэння, але корпус з алавяна-бронзы CuSn12 ужо паддаўся. Калі трываласць злучэння перавышае трываласць на разрыў, у корпусе алавяна-бронзавага матэрыялу CuSn12Ni2 адбудзецца разлом. Нармальны тэст на трываласць склейвання паказаны на малюнку 8, а вынікі выпрабаванняў - на малюнку 9. Як відаць з малюнка 9, нармальныя паказчыкі трываласці счаплення двух узораў пасля выпрабавання складаюць 429.5 МПа і 326.6 МПа адпаведна, што больш, чым трываласць на разрыў матэрыялу, што сведчыць аб тым, што трываласць склейвання злучальнай паверхні перавышае трываласць на расцяжэнне алавяністай бронзы CuSn12Ni2. Па выніках выпрабаванняў вядома, што паверхня разлому ўзору ўяўляе сабой корпус з алавянай бронзы CuSn12Ni2, як паказана на малюнку 10, які таксама пацвярджае, што трываласць злучэння паверхні злучэння перавышае трываласць на разрыў алавяністай бронзы CuSn12Ni2. Вынікі выпрабаванняў на трываласць счаплення таксама паказваюць, што алавяная бронза CuSn12Ni2 і матрыца з легаванай сталі 42CrMo маюць металургічнае злучэнне.

5 Заключэнне

Аўтар вывучыў прадукцыйнасць склейвання алавянай бронзы CuSn12Ni2 і матрыцы з легаванай сталі, падрыхтаванай з дапамогай працэсу высокахуткаснага лазернага плакавання, і выявіў, што алавяная бронза CuSn12Ni2 і матрыца з легаванай сталі 42CrMo ствараюць металургічнае злучэнне.

Блізка да паверхні злучэння алавяная бронза CuSn12Ni2 складаецца ў асноўным з дендрытаў. Каля паверхні алавянай бронзы CuSn12Ni2 у асноўным прысутнічаюць роўнавосевыя крышталі. Гэта паказвае на тое, што пераахаладжэнне каля паверхні злучэння невялікае, а пераахалоджанне на паверхні вялікае.

Каэфіцыент развядзення алавяністай бронзы CuSn12Ni2 пры высакахуткасным працэсе лазернай плакіроўкі не вельмі высокі, таму гэты працэс практычна не ўплывае на склад і механічныя ўласцівасці алавяністай бронзы.

Калі параметры працэсу высакахуткаснай лазернай ашалёўкі адрэгуляваны ў адпаведнасці з адпаведнымі параметрамі, трываласць злучэння паверхні злучэння можа перавышаць трываласць на разрыў алавянай бронзы CuSn12Ni2.