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《哈尔滨工业大学》 2011年
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球墨铸铁—锡青铜双金属高频感应熔覆工艺研究

何小建  
【摘要】:为了获得良好的综合性能,本课题采用高频感应熔覆技术在球墨铸铁表面熔覆一层锡青铜,实现球墨铸铁-锡青铜的良好结合。 实验中首先研究了单组元活性剂对熔覆结合的影响,然后在单组元活性剂的结果基础上,利用正交试验获得适用于球墨铸铁-锡青铜复合的混合活性剂的最佳成分比。试验结果表明:不加活性剂时界面处易产生气孔、夹杂、裂纹等缺陷,界面的剪切强度很低;单组元活性剂中,四硼酸钠的排渣性最好,所得熔覆试样缺陷最少,剪切强度最高,达到133MPa;混合活性剂的最佳成分为Na2B4O7 60%+H3BO3 20%+AlPO310%+ NaF10%。 选定活性剂后,通过多组试验研究了感应加热工艺参数对双金属复合效果的影响,利用OM、SEM、XRD、EPMA、显微硬度计等对界面形貌、熔覆层的微观组织、物相结构、合金元素扩散分布和显微硬度等进行了研究,并通过剪切试验和弯曲试验测定了试样的结合强度。实验结果表明:频率为20KHz时,工艺参数的合理范围为加热电流300A~450A,保温时间0~60s;高温复合时界面两侧元素发生互扩散,Fe向铜层扩散的最大距离为20μm,Cu向基体的扩散距离为8~10μm。基体与熔覆层间的结合为扩散冶金结合,界面处不形成新相,界面组织的显微硬度值介于基体和锡青铜之间;增大加热电流、延长保温时间,双金属的结合强度不断增大,加热电流为420A、保温时间为60s时,剪切强度达到186MPa,剪切断面位于锡青铜内部。 分别测试了试样在3.5%wt NaCl腐蚀溶液中的Tafel曲线。结果表明:内部无缺陷的锡青铜腐蚀电流密度为0.886μA /cm2,远小于基体的15.39μA /cm2,熔覆层显著改善了基体的耐腐蚀性。 最后探讨了中间层材料对双金属熔覆结合的影响。试验结果显示:铝箔在加热时氧化严重,生成的氧化物阻碍了铜合金与基体的结合,试样的剪切强度仅为40MPa左右。加入锌后,熔覆层的组织由树枝状的偏析组织变成等轴状的偏析组织,界面处生成铁锌脆性相,试样的剪切强度约为100MPa,低于锡青铜自身的剪切强度,断裂发生在结合界面处。加入磷青铜后在界面形成过渡层,促进双金属的冶金结合,熔覆样的平均剪切强度为152MPa,断裂方式为韧性断裂。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG174.44

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