O bronce de estaño é un material básico para as pezas de desgaste e é moi utilizado no ámbito industrial. Analizouse a estrutura metalográfica e o espectro enerxético do bronce de estaño CuSn12Ni2, e o po de bronce de estaño CuSn12Ni2 foi revestido sobre o substrato de aceiro de aliaxe 42CrMo usando un revestimento láser de alta velocidade proceso para realizar un test de resistencia de unión. Os resultados da investigación mostran que a unión metalúrxica conséguese entre o bronce de estaño CuSn12Ni2 e o substrato de aceiro de aliaxe 42CrMo.

1. Antecedentes da investigación

O bronce de estaño é amplamente utilizado no campo industrial como un dos materiais básicos para as pezas de fricción e desgaste. Este material é especialmente axeitado para condicións de baixa velocidade e carga pesada. As principais formas utilizadas nos rodamentos deslizantes inclúen mangas metálicas simples e rodamentos de empuxe, mangas bimetálicas sinterizadas en po e rodamentos de empuxe, mangas e rodamentos de empuxe bimetálicos fundidos por centrifugación, mangas metálicas simples xiradoras, manguitos metálicos únicos de metalurxia en po, etc. tecnoloxía de reparación de reforzo e remanufacturación coas vantaxes dunha boa unión co substrato, baixa taxa de dilución e pequena zona afectada pola calor. O revestimento con láser é un proceso complexo de acoplamento multiparámetro. Parámetros como a potencia do láser, a velocidade de dixitalización do láser, a velocidade de alimentación do po e o diámetro do punto son moi importantes para a calidade da capa de revestimento. A fabricación aditiva de revestimento con láser foi estudada en moitos aspectos no país e no estranxeiro. Non obstante, para o revestimento láser convencional, o po absorbe o 20% da enerxía, a taxa de utilización de enerxía é baixa, a taxa de dilución é do 5% ~ 15% e o volume de procesamento posterior é grande despois de que se complete o revestimento e o custo de procesamento. é alto. Para o revestimento con láser de alta velocidade, o po pode absorber o 80% da enerxía, a taxa de utilización de enerxía é alta, a taxa de dilución pode ser inferior ao 3% e o volume de procesamento posterior é pequeno despois de que se complete o revestimento e o procesamento. o custo é baixo. A tecnoloxía de revestimento láser de alta velocidade ou incluso ultra-alta velocidade optimiza a forma de fusión e a relación de absorción de enerxía do po, aumenta a taxa de deposición do material e obtén unha alta eficiencia, sen defectos, alta resistencia de unión e baixa resistencia. capa de revestimento de taxa de dilución, que é máis vantaxosa que o revestimento láser tradicional. O proceso de preparación do revestimento con láser de alta velocidade úsase para preparar a capa de aliaxe de estaño e bronce no substrato do eixe de aceiro, o que pode resolver o problema dos círculos de circulación causados ​​pola fluencia causada pola interferencia a longo prazo entre a manga do eixe e o aceiro. substrato. E despois de que a capa de aliaxe de bronce de estaño falle, pódese procesar e eliminar e despois volver a revestir para lograr a remanufacturación. Na actualidade, hai relativamente poucos estudos sobre revestimento láser de alta velocidade de po de bronce de estaño sobre substratos de eixe de aceiro. O autor aplica a tecnoloxía de revestimento láser de alta velocidade ao po de bronce de estaño CuSn12Ni2 revestido sobre un substrato de aceiro de aliaxe 42CrMo para estudar a microcomposición e organización do material e a forza de macro-unión do material metálico de dobre capa. Os resultados da investigación mostran que o bronce de estaño CuSn12Ni2 e o substrato de aceiro de aliaxe 42CrMo lograron unión metalúrxica.

2 Preparación da mostra

Para estudar completamente a forza de unión do material, as mostras de investigación prepáranse primeiro, incluíndo mostras planas utilizadas para probar defectos do material e composición química preto da superficie de unión do material, e mostras circulares utilizadas para probar a forza de unión do material.

2.1 Preparación do po

Canto máis concentrado sexa o tamaño da partícula, mellor será a forma esférica e canto máis uniforme sexa a distribución da composición do po usado para o revestimento con láser de alta velocidade, mellor será a fluidez do po e menos defectos despois do revestimento, especialmente para a unión. superficie, haberá menos defectos. O po de bronce de estaño CuSn12Ni2 utilizado polo autor obtense mediante proceso de atomización de gas. O principio é usar o fluxo de aire de alta velocidade para romper o líquido da aliaxe de cobre en pequenas gotas e despois arrefrialo rapidamente para formar partículas metálicas esféricas. O tamaño das partículas concéntrase principalmente en 50 ~ 150μm e a esfericidade é boa, como se mostra na figura 1. Os grans metalográficos dentro do po de bronce de estaño están ben. A figura 2 (a) mostra a maioría dos cristais equiaxiados e a figura 2 (b) mostra unha pequena parte das dendritas. Ademais, a análise transversal do espectro de enerxía do po de bronce de estaño mostra que a distribución dos elementos de cobre, estaño e níquel é relativamente uniforme e non se produce segregación.

2.2 Preparación da mostra

A preparación da mostra adopta un proceso de revestimento láser de alta velocidade, no que a fonte de luz do equipo de revestimento láser é un láser de fibra cunha lonxitude de onda láser de aproximadamente 1.06 μm e unha potencia máxima de 6 kW. Despois de que o láser se emita desde o conector de fibra, convértese en luz paralela a través dunha lente colimadora e, a continuación, céntrase a través dunha lente de enfoque para concentrar a enerxía nun punto, e o metal se funde no foco para lograr o procesamento de revestimento láser. O transportador de gas anular coaxial úsase para entregar po uniformemente. O gas de entrega en po é argón. Ao mesmo tempo, o argón úsase como gas protector para reducir a oxidación dos materiais durante o revestimento con láser. Para eliminar o exceso de calor xerado polo láser no proceso de conversión de enerxía eléctrica en enerxía luminosa e para eliminar parte da calor absorbida pola lente que reflicte o raio láser no camiño óptico externo, prevese un sistema de refrixeración por auga. o láser.

O espesor da capa de revestimento no estudo do autor é de 1.2 mm, a velocidade de revestimento é de 60 ~ 100 mm/s, o diámetro do punto é de 2 mm, a cantidade de alimentación en po é de 40 ~ 50 g/min e a potencia do láser é de 4500 kW ~ 4800 kW.

A mostra plana preparada polo proceso de revestimento con láser de alta velocidade móstrase na Figura 3, que se usa para caracterizar e analizar o material preto da superficie de unión de bronce de estaño CuSn12Ni2 e substrato de aceiro de aliaxe 42CrMo. Na operación específica, é necesario tomar mostras da mostra plana e, a continuación, preparar a mostra para a análise da estrutura metalográfica e a análise do espectro de enerxía. A mostra de proba de forza de unión normal preparada polo proceso de revestimento con láser de alta velocidade móstrase na Figura 4, que se usa para determinar a forza de unión entre o bronce de estaño CuSn12Ni2 e o substrato de aceiro de aliaxe 42CrMo.

3 Caracterización e análise de materiais de revestimento con láser de alta velocidade

3.1 Estrutura metalográfica

A mostra foi sometida a análise metalográfica. O equipo de análise utilizou un microscopio de ultraprofundidade de campo. A figura 5 mostra a morfoloxía da microestrutura da mostra antes da corrosión, e a figura 6 a estrutura metalográfica da mostra despois da corrosión. A solución utilizada para a mostra de corrosión está composta por unha mestura de tres substancias: 10gFeCl, 6H, 0, 2mL de solución de ácido clorhídrico cunha densidade de 1.16g/mL e 98mL de etanol cunha fracción de volume do 95%. Pódese ver na Figura 5 que o bronce de estaño CuSn12Ni2 preparado polo proceso de revestimento con láser de alta velocidade aínda ten certos poros, e o maior diámetro de poro é de 97.14 μm. Pódese ver na figura 6 que a estrutura metalográfica da mostra despois da corrosión son principalmente dendritas preto da superficie de unión, e os grans equiaxiados fórmanse principalmente máis preto da superficie do bronce de estaño CuSn12Ni2. A razón principal é que canto máis preto da superficie, maior sexa o grao de superenfriamento, máis fácil é formar grans equiaxiados, e canto máis preto da superficie de unión, menor será o grao de superenfriamento, o que é máis propicio para a formación de grans de dendrita.

3.2 Análise do espectro enerxético

Durante o proceso de revestimento con láser, unha certa cantidade de elementos en bronce de estaño CuSn12Ni2 penetrará na matriz de aceiro de aliaxe 42CrMo e formará un enlace metalúrxico preto da superficie de unión. O propósito da análise do espectro enerxético na superficie de unión é que a taxa de dilución do bronce de estaño CuSn12Ni2 non sexa alta, polo que o proceso ten pouco efecto sobre a composición e as propiedades mecánicas do bronce de estaño. Aínda que a taxa de dilución non é alta, unha pequena cantidade de elementos entra na matriz de aceiro de aliaxe, o que indica que a unión metalúrxica ocorre preto da superficie de unión.

4 Proba de resistencia de unión

Despois de que o material de bronce de estaño CuSn12Ni2 estea revestido na matriz de aceiro de aliaxe 42CrMo mediante un proceso de revestimento con láser de alta velocidade, debe ter unha alta forza de unión coa matriz cando se usa como capa de deslizamento que reduce a fricción e resistente ao desgaste. rodamento. Isto pódese obter axustando os parámetros do proceso de revestimento con láser de alta velocidade. O autor preparou as mostras para a proba de resistencia de unión segundo o estándar nacional GB/T12948-1991 "Método de proba destrutiva para a resistencia de enlace bimetálico dos rodamentos deslizantes" e realizou unha proba de resistencia de unión. O límite de fluencia do material de bronce de estaño CuSn12Ni2 é de 140MPa ~ 150MPa e a resistencia á tracción é de 260MPa ~ 300MPa. Cando a resistencia de unión é menor que o límite de fluencia, a fractura producirase na superficie de unión. Cando a resistencia de unión está entre o límite de fluencia e a resistencia á tracción, a fractura aínda se producirá na superficie de unión, pero o corpo de bronce de estaño CuSn12 xa cedeu. Cando a resistencia de unión é maior que a resistencia á tracción, a fractura producirase no corpo de bronce de estaño CuSn12Ni2. A proba de forza de unión normal móstrase na figura 8 e os resultados da proba móstranse na figura 9. Como se pode ver na figura 9, as forzas de unión normais das dúas mostras despois da proba son 429.5 MPa e 326.6 MPa, respectivamente, que son maiores que a resistencia á tracción do material, o que indica que a forza de unión da superficie de unión supera a resistencia á tracción do bronce de estaño CuSn12Ni2. A superficie de fractura da mostra sábese pola proba como o corpo de bronce de estaño CuSn12Ni2, como se mostra na Figura 10, que tamén confirma que a resistencia de unión da superficie de unión supera a resistencia á tracción do bronce de estaño CuSn12Ni2. Os resultados da proba de forza de unión tamén mostran que o bronce de estaño CuSn12Ni2 e a matriz de aceiro de aliaxe 42CrMo teñen unión metalúrxica.

5 Conclusión

O autor estudou o rendemento de unión do bronce de estaño CuSn12Ni2 e da matriz de aceiro de aliaxe preparada mediante un proceso de revestimento con láser de alta velocidade e descubriu que o bronce de estaño CuSn12Ni2 e a matriz de aceiro de aliaxe 42CrMo producían unión metalúrxica.

Preto da superficie de unión, o bronce de estaño CuSn12Ni2 é principalmente dendritas. Preto da superficie do bronce de estaño CuSn12Ni2, están presentes principalmente cristais equiaxiales. Isto indica que o subenfriamento preto da superficie de unión é pequeno e o subenfriamento na superficie é grande.

A taxa de dilución do bronce de estaño CuSn12Ni2 mediante un proceso de revestimento con láser de alta velocidade non é moi alta, polo que o proceso ten pouco efecto sobre a composición e as propiedades mecánicas do bronce de estaño.

Cando os parámetros do proceso de revestimento con láser de alta velocidade se axustan aos parámetros axeitados, a forza de unión da superficie de unión pode superar a resistencia á tracción do bronce de estaño CuSn12Ni2.