Ang tansong lata ay isang pangunahing materyal para sa mga bahagi ng pagsusuot at malawakang ginagamit sa larangan ng industriya. Ang metallographic na istraktura at spectrum ng enerhiya ng CuSn12Ni2 tin bronze ay nasuri, at ang CuSn12Ni2 tin bronze powder ay nakasuot sa 42CrMo alloy steel substrate gamit ang isang mataas na bilis ng laser cladding proseso upang magsagawa ng pagsubok sa lakas ng pagbubuklod. Ang mga resulta ng pananaliksik ay nagpapakita na ang metallurgical bonding ay nakakamit sa pagitan ng CuSn12Ni2 tin bronze at ng 42CrMo alloy steel substrate.

1. Background ng pananaliksik

Ang tansong lata ay malawakang ginagamit sa larangang pang-industriya bilang isa sa mga pangunahing materyales para sa alitan at mga bahagi ng pagsusuot. Ang materyal na ito ay partikular na angkop para sa mababang bilis at mabigat na mga kondisyon. Ang mga pangunahing anyo na ginagamit sa mga sliding bearings ay kinabibilangan ng single metal sleeves at thrust bearings, powder sintered bimetal sleeves at thrust bearings, centrifugally cast bimetal sleeves at thrust bearings, spinning single metal sleeves, powder metallurgy single metal sleeves, atbp. Laser cladding ay isang mahusay na ibabaw pagpapalakas at remanufacturing repair teknolohiya na may mga bentahe ng magandang bonding sa substrate, mababang dilution rate, at maliit na init-apektado zone. Ang laser cladding ay isang kumplikadong proseso ng multi-parameter coupling. Napakahalaga ng mga parameter gaya ng laser power, laser scanning speed, powder feeding speed, at spot diameter para sa kalidad ng cladding layer. Ang paggawa ng additive ng laser cladding ay pinag-aralan sa maraming aspeto sa loob at labas ng bansa. Gayunpaman, para sa conventional laser cladding, ang pulbos ay sumisipsip ng 20% ​​ng enerhiya, ang rate ng paggamit ng enerhiya ay mababa, ang dilution rate ay 5% ~ 15%, at ang kasunod na dami ng pagproseso ay malaki pagkatapos makumpleto ang cladding, at ang gastos sa pagproseso. ay mataas. Para sa high-speed laser cladding, ang pulbos ay maaaring sumipsip ng 80% ng enerhiya, ang rate ng paggamit ng enerhiya ay mataas, ang dilution rate ay maaaring mas mababa sa 3%, at ang kasunod na dami ng pagproseso ay maliit pagkatapos makumpleto ang cladding, at ang pagproseso. mababa ang gastos. Ang high-speed o kahit na ultra-high-speed laser cladding na teknolohiya ay nag-o-optimize sa natutunaw na anyo at ratio ng pagsipsip ng enerhiya ng pulbos, pinatataas ang rate ng pagdeposito ng materyal, at nakakakuha ng mataas na kahusayan, walang depekto, mataas na lakas ng pagbubuklod, at mababang- dilution rate cladding layer, na mas kapaki-pakinabang kaysa sa tradisyonal na laser cladding. Ang high-speed na proseso ng paghahanda ng laser cladding ay ginagamit upang ihanda ang tin-bronze alloy layer sa steel shaft substrate, na maaaring malutas ang problema sa pagpapatakbo ng mga bilog na dulot ng creep na dulot ng pangmatagalang interference fit sa pagitan ng shaft sleeve at ng bakal. substrate. At pagkatapos mabigo ang lata bronze alloy layer, maaari itong iproseso at alisin at pagkatapos ay muling bihisan upang makamit ang remanufacturing. Sa kasalukuyan, medyo kakaunti ang mga pag-aaral sa high-speed laser cladding ng tin bronze powder sa steel shaft substrates. Inilapat ng may-akda ang high-speed laser cladding na teknolohiya sa clad CuSn12Ni2 tin bronze powder sa 42CrMo alloy steel substrate upang pag-aralan ang micro-composition at organisasyon ng materyal at ang macro-bonding strength ng double-layer na metal na materyal. Ang mga resulta ng pananaliksik ay nagpapakita na ang CuSn12Ni2 tin bronze at 42CrMo alloy steel substrate ay nakamit ang metallurgical bonding.

2 Halimbawang paghahanda

Upang lubos na pag-aralan ang lakas ng pagbubuklod ng materyal, inihahanda muna ang mga sample ng pananaliksik, kabilang ang mga sample ng eroplano na ginamit upang subukan ang mga depekto ng materyal at komposisyon ng kemikal na malapit sa ibabaw ng pagkakabuklod ng materyal, at mga pabilog na sample na ginamit upang subukan ang lakas ng pagkakabuklod ng materyal.

2.1 Paghahanda ng pulbos

Kung mas puro ang laki ng butil, mas maganda ang spherical na hugis, at mas pare-pareho ang pamamahagi ng komposisyon ng powder na ginagamit para sa high-speed laser cladding, mas maganda ang fluidity ng powder, at mas kaunting mga depekto pagkatapos ng cladding, lalo na para sa bonding. ibabaw, magkakaroon ng mas kaunting mga depekto. Ang CuSn12Ni2 tin bronze powder na ginamit ng may-akda ay nakuha sa pamamagitan ng proseso ng atomization ng gas. Ang prinsipyo ay ang paggamit ng high-speed airflow upang masira ang tansong haluang metal na likido sa maliliit na patak, at pagkatapos ay mabilis na palamig ito upang bumuo ng mga spherical na particle ng metal. Ang laki ng butil ay pangunahing puro sa 50~150μm, at ang sphericity ay maganda, tulad ng ipinapakita sa Figure 1. Ang mga metallographic na butil sa loob ng tin bronze powder ay maayos. Ipinapakita ng Figure 2 (a) ang karamihan sa mga equiaxed na kristal, at ang Figure 2 (b) ay nagpapakita ng maliit na bahagi ng mga dendrite. Bilang karagdagan, ang pagtatasa ng cross-sectional na spectrum ng enerhiya ng tin bronze powder ay nagpapakita na ang pamamahagi ng mga elemento ng tanso, lata, at nikel ay medyo pare-pareho, at walang segregasyon na nangyayari.

2.2 Halimbawang paghahanda

Ang sample na paghahanda ay gumagamit ng isang high-speed laser cladding na proseso, kung saan ang light source ng laser cladding equipment ay isang fiber laser na may laser wavelength na humigit-kumulang 1.06μm at isang maximum na kapangyarihan na 6kW. Matapos mailabas ang laser mula sa fiber connector, ito ay na-convert sa parallel light sa pamamagitan ng collimating lens, at pagkatapos ay nakatutok sa pamamagitan ng isang focusing lens upang i-concentrate ang enerhiya sa isang punto, at ang metal ay natutunaw sa focus upang makamit ang laser cladding processing. Ang coaxial annular gas carrier ay ginagamit upang maghatid ng pulbos nang pantay-pantay. Ang powder delivery gas ay argon. Kasabay nito, ang argon ay ginagamit bilang proteksiyon na gas upang mabawasan ang oksihenasyon ng mga materyales sa panahon ng laser cladding. Upang alisin ang labis na init na nabuo ng laser sa proseso ng pag-convert ng elektrikal na enerhiya sa liwanag na enerhiya, at upang alisin ang bahagi ng init na hinihigop ng lens na sumasalamin sa laser beam sa panlabas na optical path, isang sistema ng paglamig ng tubig ay ibinigay para sa ang laser.

Ang kapal ng cladding layer sa pag-aaral ng may-akda ay 1.2mm, ang cladding speed ay 60~100mm/s, ang spot diameter ay 2mm, ang powder feeding amount ay 40~50g/min, at ang laser power ay 4500kW~4800kW.

Ang sample ng eroplano na inihanda ng high-speed laser cladding na proseso ay ipinapakita sa Figure 3, na ginagamit upang makilala at suriin ang materyal na malapit sa bonding surface ng CuSn12Ni2 tin bronze at 42CrMo alloy steel substrate. Sa partikular na operasyon, kinakailangan na kumuha ng mga sample mula sa sample ng eroplano, at pagkatapos ay ihanda ang sample para sa metallographic structure analysis at energy spectrum analysis. Ang normal na sample ng pagsubok sa lakas ng bonding na inihanda ng high-speed laser cladding na proseso ay ipinapakita sa Figure 4, na ginagamit upang matukoy ang lakas ng bonding sa pagitan ng CuSn12Ni2 tin bronze at 42CrMo alloy steel substrate.

3 Pagkilala at pagsusuri ng mga high-speed laser cladding na materyales

3.1 Istraktura ng metalograpiko

Ang sample ay sumailalim sa metallographic analysis. Ang kagamitan sa pagsusuri ay gumamit ng ultra-depth of field microscope. Ipinapakita ng Figure 5 ang microstructure morphology ng sample bago ang corrosion, at ang Figure 6 ay nagpapakita ng metallographic structure ng sample pagkatapos ng corrosion. Ang solusyon na ginamit para sa corrosion sample ay binubuo ng pinaghalong tatlong sangkap: 10gFeCl, 6H, 0, 2mL hydrochloric acid solution na may density na 1.16g/mL, at 98mL ethanol solution na may volume fraction na 95%. Makikita mula sa Figure 5 na ang CuSn12Ni2 tin bronze na inihanda ng high-speed laser cladding process ay mayroon pa ring ilang pores, at ang pinakamalaking pore diameter ay 97.14μm. Makikita mula sa Figure 6 na ang metallographic na istraktura ng sample pagkatapos ng kaagnasan ay pangunahing mga dendrite na malapit sa ibabaw ng bonding, at ang mga equiaxed na butil ay pangunahing nabuo nang mas malapit sa ibabaw ng CuSn12Ni2 tin bronze. Ang pangunahing dahilan ay ang mas malapit sa ibabaw, mas malaki ang antas ng supercooling, mas madali itong bumuo ng mga equiaxed na butil, at mas malapit sa ibabaw ng bonding, mas maliit ang antas ng supercooling, na mas nakakatulong sa pagbuo ng butil ng dendrite.

3.2 Pagsusuri sa spectrum ng enerhiya

Sa panahon ng proseso ng laser cladding, ang isang tiyak na halaga ng mga elemento sa CuSn12Ni2 tin bronze ay tatagos sa 42CrMo alloy steel matrix at bubuo ng metallurgical bond malapit sa bonding surface. Ang layunin ng pagsusuri ng spectrum ng enerhiya sa ibabaw ng bonding ay ang dilution rate ng CuSn12Ni2 tin bronze ay hindi mataas, kaya ang proseso ay may maliit na epekto sa komposisyon at mekanikal na mga katangian ng tin bronze. Bagama't hindi mataas ang dilution rate, isang maliit na halaga ng mga elemento ang pumapasok sa alloy steel matrix, na nagpapahiwatig na ang metallurgical bonding ay nangyayari malapit sa bonding surface.

4 Pagsusuri ng lakas ng pagkakabuklod

Matapos ang CuSn12Ni2 tin bronze material ay nakasuot sa 42CrMo alloy steel matrix sa pamamagitan ng high-speed laser cladding na proseso, kailangan itong magkaroon ng mataas na lakas ng bonding sa matrix kapag ginamit ito bilang friction-reducing at wear-resistant layer ng isang sliding tindig. Makukuha ito sa pamamagitan ng pagsasaayos ng mga parameter ng proseso ng high-speed laser cladding. Inihanda ng may-akda ang mga ispesimen para sa pagsubok ng lakas ng pagbubuklod ayon sa pambansang pamantayang GB/T12948-1991 "Mapanirang Pamamaraan ng Pagsubok para sa Lakas ng Bimetallic Bond ng Sliding Bearings" at nagsagawa ng pagsubok sa lakas ng pagbubuklod. Ang lakas ng ani ng CuSn12Ni2 tin bronze material ay 140MPa~150MPa, at ang tensile strength ay 260MPa~300MPa. Kapag ang lakas ng pagbubuklod ay mas mababa kaysa sa lakas ng ani, ang bali ay magaganap sa ibabaw ng pagbubuklod. Kapag ang lakas ng bonding ay nasa pagitan ng yield strength at tensile strength, ang bali ay magaganap pa rin sa bonding surface, ngunit ang CuSn12 tin bronze body ay nagbunga na. Kapag ang lakas ng pagbubuklod ay mas malaki kaysa sa tensile strength, ang bali ay magaganap sa CuSn12Ni2 tin bronze material body. Ang normal na pagsubok sa lakas ng bonding ay ipinapakita sa Figure 8, at ang mga resulta ng pagsubok ay ipinapakita sa Figure 9. Gaya ng makikita mula sa Figure 9, ang normal na lakas ng bonding ng dalawang sample pagkatapos ng pagsubok ay 429.5MPa at 326.6MPa, ayon sa pagkakabanggit, na ay mas malaki kaysa sa makunat na lakas ng materyal, na nagpapahiwatig na ang lakas ng pagbubuklod ng ibabaw ng pagbubuklod ay lumampas sa lakas ng makunat ng CuSn12Ni2 tin bronze. Ang fracture surface ng sample ay kilala mula sa pagsubok bilang CuSn12Ni2 tin bronze body, tulad ng ipinapakita sa Figure 10, na nagpapatunay din na ang bonding strength ng bonding surface ay lumampas sa tensile strength ng CuSn12Ni2 tin bronze. Ang mga resulta ng pagsubok sa lakas ng pagbubuklod ay nagpapakita rin na ang CuSn12Ni2 tin bronze at 42CrMo alloy steel matrix ay may metallurgical bonding.

5 konklusyon

Pinag-aralan ng may-akda ang pagganap ng pagbubuklod ng CuSn12Ni2 tin bronze at alloy steel matrix na inihanda ng high-speed laser cladding na proseso, at nalaman na ang CuSn12Ni2 tin bronze at 42CrMo alloy steel matrix ay gumawa ng metallurgical bonding.

Malapit sa ibabaw ng bonding, ang CuSn12Ni2 tin bronze ay pangunahing mga dendrite. Malapit sa ibabaw ng CuSn12Ni2 tin bronze, ang mga equiaxed na kristal ay pangunahing naroroon. Ito ay nagpapahiwatig na ang undercooling malapit sa bonding surface ay maliit at ang undercooling sa surface ay malaki.

Ang dilution rate ng CuSn12Ni2 tin bronze sa pamamagitan ng high-speed laser cladding na proseso ay hindi masyadong mataas, kaya ang proseso ay may maliit na epekto sa komposisyon at mekanikal na mga katangian ng tin bronze.

Kapag ang mga parameter ng proseso ng high-speed laser cladding ay nababagay sa naaangkop na mga parameter, ang lakas ng pagbubuklod ng ibabaw ng pagbubuklod ay maaaring lumampas sa lakas ng makunat ng tansong tanso ng CuSn12Ni2.