大論文 型內(nèi)感應(yīng)加熱鋼鋁雙金屬復(fù)合成型工藝_圖文

1、鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文型內(nèi)感應(yīng)加熱鋼/鋁雙金屬復(fù)合成型工藝姓名:張躍申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):材料加工工程指導(dǎo)教師:吳振卿20070520 界面結(jié)合較差,而且出現(xiàn)空隙、裂紋等缺陷。兩種金屬的結(jié)合為機(jī)械結(jié)合,宏觀表現(xiàn)為施加很小的外力兩種材料便脫離,脫離的金屬表面無明顯金屬光澤。可見體積比對雙金屬復(fù)合界面有著很大的影響。這里選用體積比為5.4:l,8:l,ll:1三種情況進(jìn)行分析,其金相顯微組織如下圖3.2所示:表3.2不同體積比時界面結(jié)合情況Table3.2Surface situation under different volumesratio體積比2.03.65.45.58II結(jié)合情況機(jī)械結(jié)合

2、機(jī)械結(jié)合部分結(jié)合部分結(jié)合結(jié)合良好結(jié)合良好 (c體積比為¨:I圖3.2不同體積比下的結(jié)合界面的顯微組織Fig3.2Micro-structures ofinterface in different volumesrates 圖3.3不同預(yù)熱溫度時界面金相組織圖Fig3.3Micro-structures ofinterface under different preheating temperature 分析表3.3和圖3.3,芯材不預(yù)熱時和預(yù)熱溫度較低200時界面未結(jié)合。芯材預(yù)熱600時,界面結(jié)合較差,并出現(xiàn)裂紋。預(yù)熱到700、800、的情況下,界面結(jié)合良好,沒有裂紋出現(xiàn)。預(yù)熱100

3、0時,界面結(jié)合不佳,能觀察到一條細(xì)小的裂紋在復(fù)合界面處,原因是碳鋼預(yù)熱溫度過高,表面出現(xiàn)一定氧化,影響界面原子擴(kuò)散,氧化物容易使界面不浸潤,易產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)變化芯材預(yù)熱溫度時,隨著預(yù)熱溫度的提高,界面結(jié)合由未結(jié)合或者機(jī)械結(jié)合過渡到完全冶金結(jié)合。試驗表明芯材經(jīng)過預(yù)熱處理后,結(jié)合界面明顯較好,而沒有經(jīng)過預(yù)熱處理和預(yù)熱溫度較低的芯材,在界面處不結(jié)合或只能形成部分結(jié)合并且伴隨一定的裂紋出現(xiàn)。只有當(dāng)芯材表面預(yù)熱溫度足夠高時,提供足夠的能量才能使芯材表面原 好的冶金結(jié)合界面。具體設(shè)計如下表3.4。表3.4制備試樣的工藝參數(shù)(芯材預(yù)熱700"CTab3.4The process technical

4、 parameters ofsamples表3.5不同金屬液溫度和體積比下界面結(jié)合情況(芯材預(yù)熱700"C Table3.5Surface situation under different preheating temperature and volumes'rates 2群3拌圖3.4不同體積比和澆注溫度時金相組織圖Fig3.4Interface metallurgical structure with different volumes and casting temperatures所得的界面結(jié)合情況如表3.5,金相組織如上圖3.4。三種情況下,l拌試樣對體積比為5.

5、5:l時,澆注金屬液的量較少,同時澆注金屬液溫度也較低,相應(yīng)減少對芯材的熱作用時間,界面結(jié)合較差。2祥和3群試樣,當(dāng)體積比選擇為8:1和ll:l時,澆注金屬液的溫度增加,澆注的金屬液量增加,金屬液對芯材的熱 化1400Hz圖3.5不同頻率下界面SEM顯微組織圖SEM with different frequencyFi93.5Figure ofinterface分析圖3.5,三種頻率下的試樣均獲得了冶金結(jié)合。隨著感應(yīng)電磁頻率的提高,雙金屬復(fù)合材料的界面結(jié)合越好,原子兩側(cè)的擴(kuò)散能力增強(qiáng),復(fù)合層變寬。在頻率為800Hz時,雖然在加熱過程中由于集膚效應(yīng)的影響工件的表面透入深度相對較深,但是金屬液澆注

6、鑄型后受電磁力作用不強(qiáng),電磁頻率較低,工件產(chǎn)生的感應(yīng)電流較低,加熱效率低,界面的擴(kuò)散層厚度較窄。當(dāng)頻率提高到1400Hz 時,電磁感應(yīng)加熱效率高,雖然工件的表面透入深度相對較淺,但是感應(yīng)加熱金屬時,強(qiáng)大的變頻電流經(jīng)感應(yīng)線圈產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場,產(chǎn)生電磁力。被熔化的金屬 第四章鋼/鋁復(fù)合材料的界面組織與性能4.1引言界面是雙金屬復(fù)合材料研究的重點,界面的結(jié)合情況決定了雙金屬復(fù)合材料的性能。界面處常常會出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾雜等缺陷。界面的裂紋受許多因素的影響,包括cTE(熱膨脹系數(shù)以及彈性與塑性應(yīng)變的不匹配【4l】。雙金屬復(fù)合材料的抗裂紋穿透能力受三個因素的影響1421:界面結(jié)合能R、模量錯配Ez,

7、9;El、彈性殘余應(yīng)變以I。在高界面結(jié)合強(qiáng)度的情況下,裂紋能夠穿透界面,但是如果模量錯配大時,界面穿透會變的相當(dāng)困難。同樣,界面位錯也會影響裂紋偏轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)。界面結(jié)合強(qiáng)度的好壞通過裂紋沿界面的傳播難易程度來決定。本章通過砂型鑲鑄法,在對碳鋼預(yù)熱到730,鋁合金液澆注溫度750,體積比(鋁合金液比碳鋼為8:l,經(jīng)350退火l小時的工藝條件下鑄造得到性能較優(yōu)的雙金屬復(fù)合鑄件。對復(fù)合層的顯微組織進(jìn)行了研究分析,同時對復(fù)合材料在受力受熱變形時,其微裂紋萌生等變化進(jìn)行初步分析。同時對復(fù)合層組織進(jìn)行分析、測試,分析鋼/鋁液固結(jié)合過程中界面反應(yīng)機(jī)制。4.2鋼/鋁復(fù)合材料界面組織采用線切割工藝截取金相試樣,在Philips-quanta-2000型掃描電子顯微鏡上拍得