Bronzi i kallajit është një material bazë për pjesët e konsumimit dhe përdoret gjerësisht në fushën industriale. Struktura metalografike dhe spektri energjetik i bronzit të kallajit CuSn12Ni2 u analizuan dhe pluhuri i bronzit prej kallaji CuSn12Ni2 u vesh në nënshtresën e çelikut të aliazhuar 42CrMo duke përdorur një veshje me lazer me shpejtësi të lartë procesi për të kryer një test të forcës së lidhjes. Rezultatet e hulumtimit tregojnë se lidhja metalurgjike është arritur midis bronzit prej kallaji CuSn12Ni2 dhe nënshtresës së çelikut të aliazhuar 42CrMo.

1. Sfondi i hulumtimit

Bronzi i kallajit përdoret gjerësisht në fushën industriale si një nga materialet bazë për pjesët e fërkimit dhe konsumit. Ky material është veçanërisht i përshtatshëm për kushte me shpejtësi të ulët dhe ngarkesa të rënda. Format kryesore të përdorura në kushinetat rrëshqitëse përfshijnë mëngë të vetme metalike dhe kushineta shtytëse, mëngë bimetale të sinteruara me pluhur dhe kushineta shtytëse, mëngë bimetale të derdhura në mënyrë centrifugale dhe kushineta shtytëse, mëngë të vetme metalike rrotulluese, mëngë metalurgjike të vetme rrotulluese, metalurgji pluhur është një sipërfaqe metalike e vetme dhe me laser. teknologji riparimi për forcimin dhe riprodhimin me avantazhet e lidhjes së mirë me nënshtresën, shkallës së ulët të hollimit dhe zonës së vogël të prekur nga nxehtësia. Veshja me lazer është një proces kompleks i bashkimit me shumë parametra. Parametrat si fuqia lazer, shpejtësia e skanimit me lazer, shpejtësia e ushqimit të pluhurit dhe diametri i pikës janë shumë të rëndësishëm për cilësinë e shtresës së veshjes. Prodhimi i aditivëve të veshjes me lazer është studiuar në shumë aspekte brenda dhe jashtë vendit. Megjithatë, për veshjen konvencionale me lazer, pluhuri thith 20% të energjisë, shkalla e përdorimit të energjisë është e ulët, shkalla e hollimit është 5% ~ 15%, dhe vëllimi pasues i përpunimit është i madh pasi të përfundojë veshja dhe kostoja e përpunimit është e lartë. Për veshjen me lazer me shpejtësi të lartë, pluhuri mund të thithë 80% të energjisë, shkalla e përdorimit të energjisë është e lartë, shkalla e hollimit mund të jetë më pak se 3%, dhe vëllimi pasues i përpunimit është i vogël pas përfundimit të veshjes dhe përpunimit kostoja është e ulët. Teknologjia e veshjes me lazer me shpejtësi të lartë apo edhe me shpejtësi ultra të lartë optimizon formën e shkrirjes dhe raportin e thithjes së energjisë së pluhurit, rrit shkallën e depozitimit të materialit dhe merr një forcë të lartë me efikasitet, pa defekte, me lidhje të lartë dhe të ulët. shtresa e veshjes me shpejtësi të hollimit, e cila është më e favorshme se veshja tradicionale me lazer. Procesi i përgatitjes së veshjes me lazer me shpejtësi të lartë përdoret për të përgatitur shtresën e aliazhit prej kallaji-bronz në nënshtresën e boshtit të çelikut, e cila mund të zgjidhë problemin e rrathëve të rrjedhjes të shkaktuar nga zvarritja e shkaktuar nga përshtatja afatgjatë e ndërhyrjes midis mëngës së boshtit dhe çelikut. substrate. Dhe pasi shtresa e aliazhit të bronzit të kallajit dështon, ajo mund të përpunohet dhe hiqet dhe më pas të rivishet për të arritur riprodhimin. Aktualisht, ka relativisht pak studime mbi veshjen me lazer me shpejtësi të lartë të pluhur bronzi kallaji në nënshtresat e boshteve të çelikut. Autori aplikon teknologjinë e veshjes me lazer me shpejtësi të lartë për të veshur pluhur bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 në nënshtresën e çelikut me aliazh 42CrMo për të studiuar mikropërbërjen dhe organizimin e materialit dhe forcën makro-lidhje të materialit metalik me dy shtresa. Rezultatet e hulumtimit tregojnë se bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 dhe nënshtresa çeliku me aliazh 42CrMo kanë arritur lidhje metalurgjike.

2 Përgatitja e mostrës

Për të studiuar plotësisht forcën e lidhjes së materialit, mostrat e kërkimit përgatiten fillimisht, duke përfshirë mostrat e rrafshët të përdorura për të testuar defektet e materialit dhe përbërjen kimike pranë sipërfaqes së lidhjes së materialit, dhe mostrat rrethore të përdorura për të testuar forcën e lidhjes së materialit.

2.1 Përgatitja e pluhurit

Sa më e përqendruar të jetë madhësia e grimcave, aq më e mirë është forma sferike dhe sa më uniforme të jetë shpërndarja e përbërjes së pluhurit të përdorur për veshjen me lazer me shpejtësi të lartë, aq më i mirë është rrjedhshmëria e pluhurit dhe aq më pak defekte pas veshjes, veçanërisht për lidhjen. sipërfaqe, do të ketë më pak defekte. Pluhuri prej bronzi i kallajit CuSn12Ni2 i përdorur nga autori është marrë me procesin e atomizimit të gazit. Parimi është përdorimi i rrjedhës së ajrit me shpejtësi të lartë për të thyer lëngun e aliazhit të bakrit në pika të vogla, dhe më pas për ta ftohur shpejt atë për të formuar grimca metalike sferike. Madhësia e grimcave është e përqendruar kryesisht në 50~150μm, dhe sfericiteti është i mirë, siç tregohet në figurën 1. Kokrrizat metalografike brenda pluhurit të bronzit të kallajit janë të imta. Figura 2 (a) tregon shumicën e kristaleve të barabarta, dhe Figura 2 (b) tregon një pjesë të vogël të dendriteve. Për më tepër, analiza e spektrit të energjisë në seksion kryq të pluhurit të bronzit të kallajit tregon se shpërndarja e elementeve të bakrit, kallajit dhe nikelit është relativisht uniforme dhe nuk ndodh ndarje.

2.2 Përgatitja e mostrës

Përgatitja e kampionit miraton një proces të veshjes me lazer me shpejtësi të lartë, në të cilin burimi i dritës së pajisjes së veshjes me lazer është një lazer me fibra me një gjatësi vale lazeri prej rreth 1.06μm dhe një fuqi maksimale prej 6kW. Pasi lazeri të emetohet nga lidhësi i fibrës, ai shndërrohet në dritë paralele përmes një thjerrëze kolimuese, dhe më pas fokusohet përmes një lente fokusimi për të përqendruar energjinë në një pikë, dhe metali shkrihet në fokus për të arritur përpunimin e veshjes me lazer. Transportuesi unazor koaksial i gazit përdoret për të shpërndarë pluhurin në mënyrë të barabartë. Gazi i shpërndarjes së pluhurit është argoni. Në të njëjtën kohë, argoni përdoret si një gaz mbrojtës për të zvogëluar oksidimin e materialeve gjatë veshjes me lazer. Për të hequr nxehtësinë e tepërt të gjeneruar nga lazeri në procesin e shndërrimit të energjisë elektrike në energji drite dhe për të hequr një pjesë të nxehtësisë së përthithur nga thjerrëza që reflekton rreze lazer në rrugën e jashtme optike, është parashikuar një sistem ftohjeje uji për lazerin.

Trashësia e shtresës së veshjes në studimin e autorit është 1.2mm, shpejtësia e veshjes është 60~100mm/s, diametri i pikës është 2mm, sasia e ushqimit të pluhurit është 40~50g/min dhe fuqia e lazerit është 4500kW~4800kW.

Mostra e rrafshët e përgatitur nga procesi i veshjes me lazer me shpejtësi të lartë është paraqitur në Figurën 3, e cila përdoret për të karakterizuar dhe analizuar materialin pranë sipërfaqes së lidhjes së substratit prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 dhe aliazh çeliku 42CrMo. Në operacionin specifik, është e nevojshme të merren mostra nga kampioni i rrafshët, dhe më pas të përgatitet mostra për analizën e strukturës metalografike dhe analizën e spektrit të energjisë. Mostra normale e provës së forcës së lidhjes e përgatitur nga procesi i veshjes me lazer me shpejtësi të lartë është paraqitur në Figurën 4, e cila përdoret për të përcaktuar forcën e lidhjes midis bronzit prej kallaji CuSn12Ni2 dhe nënshtresës së çelikut të aliazhuar 42CrMo.

3 Karakterizimi dhe analiza e materialeve të veshjes me lazer me shpejtësi të lartë

3.1 Struktura metalografike

Mostra i është nënshtruar analizës metalografike. Pajisja e analizës përdori një mikroskop të fushës ultra të thellë. Figura 5 tregon morfologjinë e mikrostrukturës së kampionit para korrozionit, dhe Figura 6 tregon strukturën metalografike të kampionit pas korrozionit. Tretësira e përdorur për kampionin e korrozionit përbëhet nga një përzierje e tre substancave: 10gFeCl, 6H, 0, 2mL tretësirë ​​e acidit klorhidrik me densitet 1.16g/mL dhe 98mL tretësirë ​​etanoli me një fraksion vëllimor 95%. Mund të shihet nga Figura 5 se bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 i përgatitur nga procesi i veshjes me lazer me shpejtësi të lartë ka ende pore të caktuara dhe diametri më i madh i poreve është 97.14μm. Nga Figura 6 mund të shihet se struktura metalografike e kampionit pas korrozionit është kryesisht dendrite pranë sipërfaqes së lidhjes, dhe kokrrizat ekuiakse formohen kryesisht më afër sipërfaqes së bronzit prej kallaji CuSn12Ni2. Arsyeja kryesore është se sa më afër sipërfaqes, aq më e madhe është shkalla e superftohjes, aq më e lehtë është të formohen kokrriza të barabarta, dhe sa më afër sipërfaqes së lidhjes, aq më e vogël është shkalla e superftohjes, e cila është më e favorshme për formimin e kokrra dendrite.

3.2 Analiza e spektrit të energjisë

Gjatë procesit të veshjes me lazer, një sasi e caktuar elementësh në bronz prej kallaji CuSn12Ni2 do të depërtojnë në matricën e çelikut të aliazhuar 42CrMo dhe do të formojnë një lidhje metalurgjike pranë sipërfaqes së lidhjes. Qëllimi i analizës së spektrit të energjisë në sipërfaqen e lidhjes është që shkalla e hollimit të bronzit prej kallaji CuSn12Ni2 të mos jetë e lartë, kështu që procesi ka pak efekt në përbërjen dhe vetitë mekanike të bronzit të kallajit. Edhe pse shkalla e hollimit nuk është e lartë, një sasi e vogël elementësh hyjnë në matricën e aliazhit të çelikut, gjë që tregon se lidhja metalurgjike ndodh pranë sipërfaqes së lidhjes.

4 Testi i forcës së lidhjes

Pasi materiali prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 është veshur në matricën e çelikut të aliazhit 42CrMo me anë të procesit të veshjes me lazer me shpejtësi të lartë, ai duhet të ketë një forcë të lartë lidhjeje me matricën kur përdoret si një shtresë rrëshqitëse që redukton fërkimin dhe rezistente ndaj konsumit. duke mbajtur. Kjo mund të arrihet duke rregulluar parametrat e procesit të veshjes me lazer me shpejtësi të lartë. Autori përgatiti ekzemplarët për testin e forcës së lidhjes sipas standardit kombëtar GB/T12948-1991 "Metoda e provës shkatërruese për forcën e lidhjes bimetalike të kushinetave rrëshqitëse" dhe kreu një test të forcës së lidhjes. Forca e rendimentit të materialit prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 është 140MPa~150MPa, dhe forca në tërheqje është 260MPa~300MPa. Kur forca e lidhjes është më e vogël se forca e rrjedhjes, do të ndodhë thyerja në sipërfaqen e lidhjes. Kur forca e lidhjes është midis forcës rrjedhëse dhe forcës në tërheqje, thyerja do të ndodhë ende në sipërfaqen e lidhjes, por trupi prej bronzi prej kallaji CuSn12 tashmë është lëshuar. Kur forca e lidhjes është më e madhe se forca në tërheqje, do të ndodhë thyerja në trupin e materialit prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2. Testi normal i forcës së lidhjes është paraqitur në Figurën 8, dhe rezultatet e provës janë paraqitur në Figurën 9. Siç mund të shihet nga Figura 9, forca normale e lidhjes së dy mostrave pas provës janë përkatësisht 429.5 MPa dhe 326.6 MPa, të cilat janë më të mëdha se forca në tërheqje e materialit, gjë që tregon se forca lidhëse e sipërfaqes së lidhjes tejkalon rezistencën në tërheqje të bronzit prej kallaji CuSn12Ni2. Sipërfaqja e thyerjes së kampionit nga testi dihet se është trupi prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2, siç tregohet në figurën 10, i cili gjithashtu konfirmon se forca e lidhjes së sipërfaqes së lidhjes tejkalon rezistencën në tërheqje të bronzit prej kallaji CuSn12Ni2. Rezultatet e testit të forcës së lidhjes tregojnë gjithashtu se matrica prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 dhe çeliku me aliazh 42CrMo kanë lidhje metalurgjike.

Përfundimi i 5

Autori studioi performancën e lidhjes së bronzit prej kallaji CuSn12Ni2 dhe matricës së aliazhit të çelikut të përgatitur nga procesi i veshjes me lazer me shpejtësi të lartë, dhe zbuloi se matrica prej bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 dhe matrica e çelikut të aliazhuar 42CrMo prodhonin lidhje metalurgjike.

Pranë sipërfaqes së lidhjes, bronzi prej kallaji CuSn12Ni2 është kryesisht dendrit. Pranë sipërfaqes së bronzit prej kallaji CuSn12Ni2, kryesisht janë të pranishëm kristale të barabarta. Kjo tregon se nënftohja pranë sipërfaqes së lidhjes është e vogël dhe nënftohja në sipërfaqe është e madhe.

Shkalla e hollimit të bronzit prej kallaji CuSn12Ni2 nga procesi i veshjes me lazer me shpejtësi të lartë nuk është shumë i lartë, kështu që procesi ka pak efekt në përbërjen dhe vetitë mekanike të bronzit të kallajit.

Kur parametrat e procesit të veshjes me lazer me shpejtësi të lartë rregullohen në parametrat e duhur, forca e lidhjes së sipërfaqes së lidhjes mund të tejkalojë forcën në tërheqje të bronzit prej kallaji CuSn12Ni2.