鑄造工藝對雙金屬復合材料性能的影響

王瑩

摘 要：對雙液雙金屬復合鑄造以及雙金屬復合材料的定義進行分析論述，這樣能夠加強這方面的了解程度。采用現代分析方法，對雙金屬復合材料的性能受到鑄造工藝影響的程度進行實驗，通過對實驗結果進行分析得到，復合鑄造工藝不僅僅會對材料的表面質量以及應力狀態進行影響，同時，在界面結構、形貌以及組成等方面都有很大影響。通過實驗得到的結論，對雙金屬復合材料以后的發展是重要的指導。

關鍵詞：鑄造工藝；雙金屬復合材料；性能；影響

前言

文章中對不同的鑄造結構和使用條件進行了分析，通過采取特殊的鑄造工藝方法，能夠使結晶界面和基體的溫度、梯度以及厚度都是均等的，保證結合界面是均勻的，同時也能制備出無混料的雙金屬復合材料，對復合材料進行進一步的研究和分析，在經濟效益和學術價值方面十分有利。

1 對雙液雙金屬復合鑄造的概述

雙液雙金屬復合鑄造是指在一定的澆注溫度下，將兩種液體的金屬按照一定的順序將其澆注到同一個鑄型中，這樣形成的復合材料具有很好的耐磨性，同時，也能克服兩種金屬存在的缺點，將兩種金屬的優點進行發揮，新形成的復合材料具有兩種金屬的特性。新型復合鑄造零件能夠適應各種惡劣的使用環境，在使用過程中壽命也將出現延長的情況。雙液雙金屬在實際操作過程中比較難，在對耐用零件進行批量生產時難度系數更大。在應用過程中，可靠性條件非常差，對整個加工過程帶來的影響將非常大。在鑄造過程中，對界面的結合質量對復合材料的性能影響原因進行分析，能夠對復合界面的關鍵因素進行保證。

2 對雙金屬復合材料的概述

采用復合技術將兩種完全不同的金屬接觸面進行相互之間的固勞，并且結合在一起，通常情況下，兩種金屬的物理和化學性能都將是不同的，在這種情況下，出現的新型材料就是雙金屬復合材料。雙金屬復合材料具有非常好的性能，而且這些技能非常特殊，在工作環境比較惡劣的情況下，雙金屬復合材料的使用壽命也非常好。雙金屬復合材料成本非常低，在性能方面非常好，而且能夠合理對資源進行開發利用。在很多的工業領域中，石油、汽車、航空對這種新型的材料應用比較廣泛，因此，其市場前景非常好。

3 鑄造工藝對雙金屬復合材料性能影響的實驗

文章對鑄造工藝對雙金屬復合材料的材質復合界面的組織以及耐磨性綜合力學性能進行了試驗和研究，在以后的經濟發展和社會進步將有很大影響。

3.1 實驗材料

在試驗過程中，主要的試驗材料有碳、硅、朦和鉻，其中，碳是鋼中的主要元素，是鋼的基本組織成分。在試驗中，將少量的碳固體溶合在鐵素體中，這樣能形成以滲碳體的形式存在。在實驗過程中要對碳含量進行很好的控制，因為碳含量過高或者是過低都是會導致鋼的質量受到很大影響。碳含量出現過低的情況，會導致鋼的淬硬性以及耐磨性出現很差的情況，在碳含量過高的情況下，會導致鋼的韌性出現降低的情況，因此，要對碳的含量進行很好的控制，能夠更好的保證鋼的剛度和硬度。硅在鋼中的作用就是當貝氏體轉變過程中，抑制碳化合物的析出，硅在鋼中的形態主要是以固體的形式進行溶體，在鐵素體中進行存在，這樣利用硅的性能能夠更好的增加鋼的強度和硬度，降低鋼的塑性。在鑄造鋼過程中，錳的作用是不可替代的，其主要的功能就是脫氧，對硫元素進行中和，避免出現有害作用，從而能對鑄件出現的強烈缺陷進行防止。不僅如此，錳還能對鋼中出現的溫度以及分解速度進行降低。在使用過程中將錳和硅進行配合使用，能夠對鋼的強度進行提高，對硬度和韌度也有很好的促進作用。但是，在鋼中，錳的含量一定要進行必要的控制，不能出現錳含量過高的情況，這樣會導致鋼晶粒出現粗化的情況，對鋼的回火脆性以及敏感性都有很大的影響。

鉻是一種活性比較大的耐磨材料元素，其能夠固溶于鐵素體中，同時也能和鋼中的碳組合形成很多種碳化物，它的主要作用就是促使鋼的淬透性得到提高，同時，對鋼的抗氧化能力和抗腐蝕能力進行提高。鉻在鋼中的含量比較高也不用對其進行擔心，這種元素不會對鋼的性能產生很大的影響，但是，其會在鋼中形成比較復雜的碳化物，這種物質能夠從鋼中進行析出，然后起到沉淀和強化的作用。

3.2 實驗方法

3.2.1 具體方法

使用酸性坩堝熔煉實驗鋼，并采用65kg和150kg中頻感應電爐，將澆注溫度定為1550，濕砂型澆注后加工成10mm×10mm×55mm沖擊韌性試樣。主要對鋼的材質復合界面組織、耐磨性、綜合力學性能三方面進行分析和觀察。其中，采用的器具主要有ZBC-300B全自動金屬擺錘沖擊實驗機，負責沖擊韌性測試；HRC-150A硬度計負責硬度測試；MLD-10動載荷磨料磨損試驗機負責磨損試驗。最后采用奧林巴斯GX71倒置式金相顯微鏡進行組織分析，從而得出結論。

3.2.2 鑄造工藝

實驗時采用兩個澆注系統，分別澆入低碳鋼和高碳鋼，時間上要間隔15-80秒，而且需要注意的是澆入低碳鋼后，當鋼液已經趨近工藝要求的復合界面或已達到時，根據鑄件的大小才可以澆入高碳鋼。其中任選一組將激冷材料放置在兩種材質的連接部位，從而保證結晶界面與基體間存在一定的溫度梯度以及厚度，另一組則不需要添加激冷材料。

3.3 實驗結果

3.3.1 對復合界面組織的影響

由于采用特殊的雙液雙金屬復合鑄造工藝，當低碳鋼結晶后才進行高碳鋼的澆筑，然后經過高溫鐵水的作用，致使低碳鋼能夠保存的很好，只是表面熔化很薄的一層，而且結合區復合界面的交界線處相互交錯，產生了熔融和相互滲透的現象，這是從圖片上清晰可見的，這就說明兩種材質的中間結合面實現了有效的冶金結合，而且復合界面并沒有發生沖混現象。

3.3.2 對耐磨性的影響

通過實驗，我們可以總結出：將實驗鋼材料和高錳鋼進行相同時間的磨損，發現前者的動載磨損失重量要明顯小于后者。這是由于實驗鋼以擠出和淺層剝落為主，無論是組織上還是綜合力學性能均高于高錳鋼，具有較強的抵抗石英砂磨粒的切削的能力，這就減少了磨損過程中表面金屬的剝落，呈現出較好的耐磨性能。

3.3.3 對力學性能的影響

此圖片為等溫淬火溫度試樣高碳鋼沖擊斷口的SEM照片，從圖片上我們可以看出斷口的形狀是扇形花樣，而且還有大量的撕裂棱以及大大小小的圓形或橢圓形的深韌窩，這就說明該材質的韌性是十分好的。

4 結束語

鑄造工藝對雙金屬材料的性能有很大影響，因此，在進行復合的時候要應用特殊的鑄造工藝，這樣不僅能夠提高復合材料的組織界面結合狀態，在耐磨性能和力學性能方面影響也非常好，這樣能夠提高生產工作的安全性。對雙金屬鑄造的定義進行分析，增強對其的了解，應用現代的方法，通過試驗對鑄造工藝進行分析，這樣對雙金屬復合材料以后的發展非常有利。

參考文獻

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