Alavo bronza yra pagrindinė besidėvinčių dalių medžiaga ir plačiai naudojama pramonės srityje. Buvo ištirta CuSn12Ni2 alavo bronzos metalografinė struktūra ir energijos spektras, o CuSn12Ni2 alavo bronzos milteliai buvo padengti ant 42CrMo legiruoto plieno pagrindo, naudojant didelės spartos lazerinė danga sukibimo stiprumo bandymo procesą. Tyrimo rezultatai rodo, kad metalurginis sujungimas pasiekiamas tarp CuSn12Ni2 alavo bronzos ir 42CrMo legiruotojo plieno pagrindo.

1. Tyrimo pagrindas

Alavo bronza plačiai naudojama pramonės srityje kaip viena iš pagrindinių trinties ir dilimo dalių medžiagų. Ši medžiaga ypač tinka mažo greičio ir didelės apkrovos sąlygomis. Pagrindinės slydimo guolių formos yra vienos metalinės movos ir atraminiai guoliai, milteliniu būdu sukepintos bimetalinės movos ir atramos guoliai, išcentriniu būdu liejamos bimetalinės movos ir atraminiai guoliai, besisukančios pavienės metalinės movos, miltelių metalurgijos vieno metalo rankovių apkalimas ir kt. sutvirtinimo ir perdirbimo remonto technologija, kurios privalumai yra geras sukibimas su pagrindu, mažas skiedimo greitis ir maža šilumos paveikta zona. Lazerinis dengimas yra sudėtingas kelių parametrų sujungimo procesas. Tokie parametrai kaip lazerio galia, lazerio skenavimo greitis, miltelių padavimo greitis ir dėmės skersmuo yra labai svarbūs dengimo sluoksnio kokybei. Lazerinių dangų priedų gamyba buvo ištirta daugeliu aspektų namuose ir užsienyje. Tačiau, naudojant įprastą lazerinį apvalkalą, milteliai sugeria 20% energijos, energijos panaudojimo greitis yra mažas, praskiedimo greitis yra 5% ~ 15%, o po to, kai danga bus baigta, apdorojimo tūris yra didelis, o apdorojimo išlaidos. yra aukštas. Didelės spartos lazerinio apvalkalo atveju milteliai gali sugerti 80% energijos, energijos panaudojimo greitis yra didelis, praskiedimo greitis gali būti mažesnis nei 3%, o tolesnis apdorojimo tūris yra mažas, kai apdaila bus baigta ir apdorojimas. savikaina nedidelė. Didelės spartos ar net itin spartaus lazerinio apvalkalo technologija optimizuoja miltelių lydymosi formą ir energijos sugerties santykį, padidina medžiagos nusodinimo greitį ir užtikrina didelio efektyvumo, be defektų, didelio sukibimo stiprumą ir mažą praskiedimo laipsnio dengimo sluoksnis, kuris yra naudingesnis nei tradicinis lazerinis apvalkalas. Didelės spartos lazerinio dangos paruošimo procesas naudojamas alavo ir bronzos lydinio sluoksniui ant plieno veleno pagrindo paruošti, o tai gali išspręsti važiavimo ratų problemą, kurią sukelia šliaužimas, kurį sukelia ilgalaikis trukdžių sutapimas tarp veleno įvorės ir plieno. substratas. Sugedus alavo bronzos lydinio sluoksniui, jį galima apdoroti ir nuimti, o tada iš naujo padengti, kad būtų galima atkurti. Šiuo metu yra atlikta palyginti nedaug tyrimų apie greitaeigį lazerinį alavo bronzos miltelių padengimą ant plieninių velenų pagrindų. Autorius taiko didelės spartos lazerinio dengimo technologiją plakiruotiems CuSn12Ni2 alavo bronzos milteliams ant 42CrMo legiruoto plieno pagrindo, kad ištirtų medžiagos mikrosudėti ir organizavimą bei dvisluoksnės metalinės medžiagos makrosujungimo stiprumą. Tyrimo rezultatai rodo, kad CuSn12Ni2 alavo bronzos ir 42CrMo legiruotojo plieno substratas pasiekė metalurginį sukibimą.

2 Mėginio paruošimas

Siekiant visapusiškai ištirti medžiagos sukibimo stiprumą, pirmiausia paruošiami tiriamieji pavyzdžiai, įskaitant plokštuminius mėginius, naudojamus medžiagos defektams ir cheminei sudėčiai tirti šalia medžiagos sukibimo paviršiaus, ir apskritus mėginius, naudojamus medžiagos sukibimo stiprumui patikrinti.

2.1 Miltelių paruošimas

Kuo labiau koncentruotas dalelių dydis, tuo geresnė sferinė forma ir kuo tolygesnis miltelių, naudojamų didelės spartos lazeriniam apvalkalui, sudėties pasiskirstymas, tuo geresnis miltelių sklandumas ir tuo mažiau defektų po padengimo, ypač klijuojant. paviršius, bus mažiau defektų. Autoriaus naudojami CuSn12Ni2 alavo bronzos milteliai gaunami dujų purškimo būdu. Principas yra naudoti didelio greičio oro srautą, kad vario lydinio skystis būtų suskaidytas į mažus lašelius, o tada greitai atvėsinamas, kad susidarytų sferinės metalo dalelės. Dalelių dydis daugiausia yra 50–150 μm, o sferiškumas yra geras, kaip parodyta 1 paveiksle. Metalografiniai grūdeliai, esantys alavo bronzos milteliuose, yra smulkūs. 2 paveiksle (a) parodyta dauguma lygiašių kristalų, o 2 (b) paveiksle parodyta nedidelė dendritų dalis. Be to, alavo bronzos miltelių skerspjūvio energijos spektro analizė rodo, kad vario, alavo ir nikelio elementų pasiskirstymas yra gana vienodas ir nevyksta segregacija.

2.2 Mėginio paruošimas

Mėginio paruošimui taikomas didelės spartos lazerinio dengimo procesas, kurio metu lazerinio dengimo įrangos šviesos šaltinis yra šviesolaidinis lazeris, kurio lazerio bangos ilgis yra apie 1.06 μm, o maksimali galia – 6 kW. Po to, kai lazeris išspinduliuojamas iš pluošto jungties, jis paverčiamas lygiagrečia šviesa per kolimuojantį lęšį, o po to sufokusuojamas per fokusavimo lęšį, kad energija būtų sutelkta viename taške, o metalas išlydomas židinyje, kad būtų galima apdoroti lazeriu. Koaksialinis žiedinis dujų nešiklis naudojamas tolygiai tiekti miltelius. Miltelių tiekimo dujos yra argonas. Tuo pačiu metu argonas naudojamas kaip apsauginės dujos, mažinančios medžiagų oksidaciją dengiant lazeriu. Siekiant pašalinti lazerio generuojamą šilumos perteklių elektros energiją paverčiant šviesos energija ir pašalinti dalį šilumos, kurią sugeria lęšis, atspindintis lazerio spindulį išoriniame optiniame kelyje, numatyta vandens aušinimo sistema. lazeris.

Dengimo sluoksnio storis autoriaus tyrime yra 1.2 mm, dangos greitis 60–100 mm/s, dėmės skersmuo – 2 mm, miltelių padavimo kiekis – 40–50 g/min, o lazerio galia – 4500kW–4800kW.

Plokštumos pavyzdys, paruoštas naudojant greitaeigį lazerinį dengimo procesą, parodytas 3 paveiksle, kuris naudojamas apibūdinti ir analizuoti medžiagą šalia CuSn12Ni2 alavo bronzos ir 42CrMo legiruotojo plieno pagrindo jungiamojo paviršiaus. Atliekant konkrečią operaciją, reikia paimti mėginius iš plokštumos mėginio, o tada paruošti mėginį metalografinės struktūros analizei ir energijos spektro analizei. Įprasto sukibimo stiprumo bandomasis pavyzdys, paruoštas greitaeigiu lazeriniu apvalkalu, parodytas 4 paveiksle, kuris naudojamas CuSn12Ni2 alavo bronzos ir 42CrMo legiruotojo plieno pagrindo sukibimo stiprumui nustatyti.

3 Greitaeigių lazerinių dengimo medžiagų apibūdinimas ir analizė

3.1 Metalografinė struktūra

Mėginiui buvo atlikta metalografinė analizė. Analizės įranga naudojo itin gilaus lauko mikroskopą. 5 paveiksle parodyta mėginio mikrostruktūros morfologija prieš koroziją, o 6 paveiksle – metalografinė mėginio struktūra po korozijos. Korozijos mėginiui naudojamas tirpalas sudarytas iš trijų medžiagų mišinio: 10gFeCl, 6H, 0mL druskos rūgšties tirpalo, kurio tankis 2g/mL, ir 1.16mL etanolio tirpalo, kurio tūrinė dalis yra 98%. Iš 95 paveikslo matyti, kad CuSn5Ni12 alavo bronza, paruošta greitaeigiu lazeriniu apvalkalu, vis dar turi tam tikras poras, o didžiausias porų skersmuo yra 2, 97.14 μm. Iš 6 paveikslo matyti, kad mėginio metalografinė struktūra po korozijos daugiausia yra dendritai šalia jungiamojo paviršiaus, o lygiagrečiai grūdeliai daugiausia susidaro arčiau CuSn12Ni2 alavo bronzos paviršiaus. Pagrindinė priežastis yra ta, kad kuo arčiau paviršiaus, tuo didesnis peršalimo laipsnis, tuo lengviau susidaro lygiagrečiai grūdeliai, o kuo arčiau jungiamojo paviršiaus, tuo mažesnis peršalimo laipsnis, kuris yra palankesnis dendrito grūdeliai.

3.2 Energijos spektro analizė

Lazerinio dengimo proceso metu tam tikras kiekis CuSn12Ni2 alavo bronzos elementų prasiskverbs į 42CrMo legiruotojo plieno matricą ir šalia jungiamojo paviršiaus sudarys metalurginį ryšį. Energijos spektro analizės ties jungiamuoju paviršiumi tikslas yra tas, kad CuSn12Ni2 alavo bronzos praskiedimo greitis nėra didelis, todėl procesas mažai veikia alavo bronzos sudėtį ir mechanines savybes. Nors praskiedimo greitis nėra didelis, į legiruotojo plieno matricą patenka nedidelis kiekis elementų, o tai rodo, kad metalurginis sujungimas vyksta šalia jungiamojo paviršiaus.

4 Sukibimo stiprumo bandymas

Po to, kai CuSn12Ni2 alavo bronzos medžiaga padengta 42CrMo legiruotojo plieno matrica taikant greitaeigį lazerinį padengimo procesą, ji turi turėti didelį sukibimo stiprumą su matrica, kai ji naudojama kaip trintį mažinantis ir dilimui atsparus slydimo sluoksnis. guolis. Tai galima pasiekti koreguojant didelės spartos lazerinio dengimo proceso parametrus. Autorius paruošė bandinius sukibimo stiprumo bandymui pagal nacionalinį standartą GB/T12948-1991 „Slydimo guolių bimetalinio sukibimo stiprumo ardomasis bandymo metodas“ ir atliko sukibimo stiprumo bandymą. CuSn12Ni2 alavo bronzos medžiagos takumo riba yra 140 MPa ~ 150 MPa, o tempiamasis stipris yra 260 MPa ~ 300 MPa. Kai sukibimo stipris yra mažesnis už takumo ribą, sukibimo paviršiuje įvyks lūžis. Kai sukibimo stipris yra tarp takumo ir tempimo stiprio, sukibimo paviršiuje vis tiek atsiras lūžis, tačiau CuSn12 alavo bronzinis korpusas jau pasidavė. Kai sukibimo stipris yra didesnis nei tempiamasis stipris, CuSn12Ni2 alavo bronzos medžiagos korpusas lūžta. Įprasto sukibimo stiprumo bandymas parodytas 8 paveiksle, o bandymo rezultatai parodyti 9 paveiksle. Kaip matyti iš 9 paveikslo, normalus dviejų mėginių sukibimo stipris po bandymo yra atitinkamai 429.5 MPa ir 326.6 MPa. yra didesni nei medžiagos tempiamasis stipris, o tai rodo, kad sukibimo paviršiaus sukibimo stipris viršija CuSn12Ni2 alavo bronzos atsparumą tempimui. Iš bandymo žinoma, kad bandinio lūžimo paviršius yra CuSn12Ni2 alavo bronzos korpusas, kaip parodyta 10 paveiksle, o tai taip pat patvirtina, kad sukibimo paviršiaus sukibimo stipris viršija CuSn12Ni2 alavo bronzos atsparumą tempimui. Sukibimo stiprumo bandymo rezultatai taip pat rodo, kad CuSn12Ni2 alavo bronzos ir 42CrMo legiruotojo plieno matrica turi metalurginį ryšį.

5 Išvada

Autorius ištyrė CuSn12Ni2 alavo bronzos ir legiruotojo plieno matricos, paruoštos greitaeigiu lazeriniu dengimo procesu, sukibimo charakteristikas ir nustatė, kad CuSn12Ni2 alavo bronzos ir 42CrMo legiruotojo plieno matrica sukuria metalurginį ryšį.

Netoli jungiamojo paviršiaus CuSn12Ni2 alavo bronzą daugiausia sudaro dendritai. Netoli CuSn12Ni2 alavo bronzos paviršiaus daugiausia yra lygiaščių kristalų. Tai rodo, kad per mažas aušinimas šalia sukibimo paviršiaus yra mažas, o ant paviršiaus yra didelis.

CuSn12Ni2 alavo bronzos praskiedimo greitis lazeriu nėra labai didelis, todėl procesas mažai veikia alavo bronzos sudėtį ir mechanines savybes.

Kai didelės spartos lazerinio dengimo proceso parametrai pritaikomi prie atitinkamų parametrų, sukibimo paviršiaus sukibimo stipris gali viršyti CuSn12Ni2 alavo bronzos atsparumą tempimui.