文摘

的不同和开创性的固态技术,搅拌摩擦加工(FSP),用于表面复合材料的生产。在本研究中,矩阵选择是白铜(CuNi)与硬碳化硼颗粒强化。当前研究工作的目标是生产钢筋90/10白铜表面复合材料增强B₄通过FSP C捏造。工具转速影响的宏观结构、微观结构、粒度分析、显微硬度和磨损的研究搅拌摩擦加工(FSPed) CuNi / B₄C表面复合材料进行评估。高转速(1400 rpm)的搅拌工具,修改后的面积是44.4毫米的最大发现²均匀分散的硬粒子强化。存在硬粒子的表面积是通过电子成像和光谱显示的结果。光谱图显示了硬粒子的均匀分布在FSPed区域,和XRD分析获得的证据。从实验,有趣的是报告,增援部队已经降低了表面硬度增加转速搅拌工具。最低转速的硬度记录是223高压逐渐减少到178高压1300 rpm。它直接影响了修改FSPed的磨损率,硬度成正比磨损行为。的表面磨损和断裂形态CuNi / B₄C表面复合材料也被研究使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)。

1。介绍

现代材料科学的发展和技术的材料合成的生产发展和增强复合材料性能用于航空航天和其他工业应用要求。复合材料是必要的和通用的工程材料之一。材料科学与技术领域的发展做出了先进复合材料的生产成为可能。复合材料具有独特的性能,如高强度、高韧性、重量轻、成本低、阻尼能力好,耐磨、耐腐蚀、硬度、电导率、蠕变强度、疲劳强度、负热膨胀系数,和不寻常的组合电和磁的性质取决于他们的合金元素和加工技术。

白铜(CuNi)合金广泛用于高温和耐蚀性的应用。海洋和石油化工行业的典型应用程序组件包括船舶和船船体、海水淡化厂,和热交换器,以及多芯电缆连接的液压和气动线管。它已被选为材料的优越性能(1]。然而,这种合金是非常容易受到机械故障之前预计寿命(2),由于严酷和苛刻的摩擦学的条件。以满足要求机械和表面性质等需求,这种合金可以进行表面处理技术。

搅拌摩擦加工(FSP)已成为一个独特的和开创性的固态技术产生表面复合材料。FSP是原则的基础上开发的搅拌摩擦焊(FSW) (3- - - - - -5]。FSP是绿色和节能技术,因为在FS过程中,热量产生摩擦和塑性变形没有任何噪音或气体排放,如传统的焊接过程。FS处理结果没有缺陷再结晶区和细粒度的微观结构。FS处理产生重大变化的地区接近加工区域,在不影响基本金属(6]。由于产生的摩擦力和热,基质金属挤压和锻造工具背后的形成在衬底表面的金属表面涂层。工具材料选择的类型,它的大小,和工具扮演着一个关键角色,确定焊缝的质量。马哈茂德·et al。7)采用FSP驱散SiC颗粒均匀A1050-H24铝合金的表面上。发达的表面复合材料的微观结构特征表明,碳化硅颗粒均匀地分布在铝表面有广场概要工具的援助相比其他配置文件。杰出的硬度、高熔点、高耐化学药剂和高碳化硼中子吸收铺平道路(B₄C)被接受在核领域的应用程序中,轻型铠甲,快速育种者(8]。核行业大量使用碳化硼由于其高中子吸收[9]。

从文学的综合调查,发现困难参与液相技术导致固态处理方法的进化。大多数研究者的研究FSP铝合金、铜、不锈钢、和镁合金压实没有硬质合金,氮化物,和氧化物粒子。发现没有工作相关的制造和表征的白铜(90%的铜和10%的镍)(CuNi)通过FSP基于合金的表面复合处理。拟议的研究探讨了微观结构特性,力学性能和干滑动磨损行为CuNi表面复合强化B₄C使用绿色和节能FSP技术处理。

2。实验的程序

商用CuNi片尺寸100毫米×50 mm×6毫米被选为基质材料在当前的研究中。从光学发射光谱分析的结果、镍(11.43 wt %)是主要的合金元素一起0.03 wt %锌、0.79 wt % Mn和1.20 wt % Fe,剩下的是铜。收到,CuNi矩阵和强化(B₄C)在图所示1。100毫米长度的方槽,深度2.5毫米和0.7毫米宽的中心是在每个板采用电火花添加B₄C陶瓷颗粒。双级搅拌摩擦加工的板是采用原始的焊。最初,碳化钨pinless工具帮助关闭槽,以免B₄在FSP C陶瓷颗粒释放。在随后阶段,FSP工具相同的WC材料制成的,与肩直径25毫米和锥形销与销齿顶圆直径3毫米和销根直径5毫米的3毫米,是使用。FSP过程产生表面复合示意图如图2。

FSPed标本的大小10毫米×50 mm×6毫米被切片准备从FSP板块。FSPed样本和几个金刚砂抛光和蚀刻的论文。这两种类型的蚀刻剂用于搅拌摩擦区是(我)粗铁试剂(CuCl的优化组合、盐酸和乙醇,浸泡时间是30秒)和(2)FeCl的组合₃、乙醇、盐酸为40秒。宏观结构分析暴露使用数字图像扫描仪和图像分析仪用于测量复合材料的表面积。FSPed样品的微观结构进行了研究使用光学显微镜和FESEM。发达表面的显微硬度研究了复合材料在不同热机的影响区域、热影响区域,并搅拌。参数用于显微硬度测试负载300 g和停留时间20秒。ASTM G99-04标准执行干滑动磨损试验研究了摩擦,磨损发达表面复合材料30 N条件下的应用。其他参数考虑干滑动磨损试验的滑动速度和滑动距离1.5米/秒,2500米。

3所示。结果与讨论

旋转工具所需的直径和长度,由销和同心超大直径的肩膀。销和肩膀控制沿板穿透深度。当接触矩阵金属销工具,工具的肩膀决定销的深度。肩膀和基体金属之间的接触会导致锻造力导致代本地化部分热软化母质和混合硬粒子的帮助下销突出。FSP期间,该工具所需的速度旋转,并且处理板移动(遍历速度)对旋转工具完成通过选择区域。而运输的母材推进到撤退,热加工行动发生由于工具旋转。

研究工具搅拌转速对CuNi / B₄C表面复合,可能试验完成了几个不同的速度。优化的旋转速度从1000转到1400转(增量200 rpm),而固定其他参数(遍历速度= 30毫米/分钟,槽宽= 0.7毫米,轴向载荷= 6 kN,碳化物粒子B的内容₄C)。一些缺陷如工具拖动足够的塑性流动和裂缝在试验中还发现,如图3。实现在FSP光滑皇冠外观的形成,这是通过上述设置的参数。

根据选定的搅拌工具几何形状和工艺参数,可以测量质量的水平。在处理过程中,大部分材料受到严重的塑性变形和硬化,由于重复循环。图4显示生成的水平分布热过程中(使用FLIR T1K红外(IR)相机)。它表明,最大热量在搅拌区而生成处理大约734°C和至少166°C。CuNi合金的相变开始从1100°C,从而改变材料的表面是一个机械的融合。它会导致表面硬化和应变硬化塑性变形,参照搅拌工具领域。

3.1。CuNi / B的宏观结构₄C表面复合材料

引起的变化区域,参照各种工具转速图所示5(一)-5(e)暴跌的肩膀。参数工具,槽宽,遍历过程的速度保持不变。工具的运动肩膀上CuNi基质导致摩擦热的形成。总过程中产生摩擦热FSP取决于工具转速。当工具转速很低,形成的表面推进一边后退一边被发现是一样的,如图5(a)。当主轴转速增加,有一个最大阻力推进一侧延伸沿撤退。工具转速提高时,搅拌表面积开始发散如图5(b) -5(e),旋转速度的影响被宣布在槽的顶部,它是中性的底部的槽。这可以证实了宏观图像数据5(b) -5(e)的数量增塑的材料和材料的流指向的搅拌区取决于运动FSP工具和过程中产生的热量。FSP工具进步和摩擦热产生依赖工艺参数如FSP主轴工具旋转速度,遍历速度和槽宽度。above-selected工艺参数生产没有缺陷CuNi钢筋B₄C表面复合。

摩擦搅拌区域产生对各种工具旋转速度恒定遍历速度、槽宽(年代= 30毫米/分钟,W= 0.7毫米)和B₄如图C颗粒6。它也可以得出结论,摩擦面积增加工具转速时增加。有一个增加增塑的CuNi FSP区域如图5(一)-5(e)这是由于高的增加产生的摩擦热生成工具旋转速度。从上面观察,它可以得出结论,有增加FSP区域工具旋转速度增加时,匹配(建议的结果10]。

3.2。微观结构分析

光学显微镜研究不同工具的旋转速度进行研究的存在和分布的碳化物颗粒在CuNi矩阵如图7(一)-7(e)。洋葱环状结构形成为主要特征的FSP产生的摩擦热的产生,因为在主轴旋转,和工具的向前运动力量撤退周围的基质材料的工具。吴等人,Chaitanya et al。11,12)得出的结论是,洋葱环结构的形成主要是由于在FSP正确选择工艺参数。FSP期间CuNi / B₄C表面复合,洋葱环状结构清晰可见的存在当工具转速为1200 rpm 30毫米/分钟导线槽宽0.7毫米的速度。在搅拌过程中,碳化物颗粒均匀分布在各区域包括动态增塑的贱金属搅拌区。FSPed样本进一步研究了光谱分析(多点和映射),结果在图所示8和9。XRD谱图所示10,确认没有氧化物FSPed区域。缺乏形成第三阶段的搅拌区表明FSP是一个有用的技术制造的CuNi / B₄C表面复合。

3.3。粒度分析

FSPed区的晶粒细化区研究了利用OM和FESEM显微图,如图11和12。粒度分布和散装材料的结合可以明显看到。复合层是保税CuNi合金衬底,和不可见的裂纹扩散或未焊透等缺陷。图13表明,B₄C颗粒出现在晶界结(三相点),这证实了将沿晶界的影响。母体材料显示粒度的细晶粒结构∼60µm,它会显著降低∼5µ米在搅拌区,导致颗粒之间的粘结和父母的好材料。当工具旋转搅拌区,有冶金性能的变化。数据14和15显示界面的光学显微图之间的深圳和TMAZ。由于摩擦热的生成FSP期间,材料的应变诱导塑性变形引起的软工具运动区域,从而导致在TMAZ细长晶粒结构的形成区。上述现象是由于温度梯度在不同的政权在FSP [13,14]。颗粒的塑性变形导致高密度亚晶粒边界的形成。由于矩阵之间的摩擦热的产生,强化,搅拌工具,邻近地区进行大面积晶粒结构的变化,这是形容TMAZ和HAZ中描述的数据14和15。每个区域的厚度根据工具转速变化。

3.4。FSPed复合材料的显微硬度测量

FSPed复合材料的显微硬度图所示16。硬度的结果清楚地表明,碳化物粒子的细分散导致增加硬度值。当碳化物粒子的数量在低水平钢筋,复合材料的显微硬度下降。因此,一个最佳的搅拌摩擦过程工具转速为1200 rpm导致更好的显微硬度特性。当工具转速在最高级别(1400 rpm),一个小的增量硬度是观察到由于增加颗粒的破碎。

3.5。磨损率的评估

FSPed样本的滑动磨损行为研究使用pin-on-disc机器。销材料选择FSPed材料,使用高铬高碳(HCHC)钢盘。FSP复合材料的磨损率是基于高度变化的标本测试之前和之后。发现硬粒子的分布CuNi矩阵材料磨损率的影响趋势增加了对搅拌速度。硬粒子在表面改性区域的浓度会增加复合材料的硬度,同时磨损率将降低如图17。然而,在更高的速度,粒子部分集群和诱导基质材料磨损的磨损形式。销材料得到了在穿着过程中,和碎片形成坚持盘被发现。因此,三体磨损机制开始操作,提出了实验设计和摩擦增加。研究磨损机理、磨损表面形貌,以及对图像数据所示18(一)-18(c)。穿的研究后,FSP销碎片收集在穿,和同样的观察对其识别磨损机制。

在1000 rpm,粒子的分布钢筋非均匀相比,1200和1400 rpm。很明显,基质材料可以容纳数量有限的粒子在限制区域(洋葱圈)和另一个区域是免费的。图18(一个)显示矩阵后穿研究表明穿伤疤。图18(b)显示了轻微磨损伤痕连同研磨槽而图18(c)显示严重穿销驱动的轨道。图19显示的真正形态穿销映射了光谱分析的支持。基质材料粒子强化显然是用肉眼看到。深蓝色的颜色显示B4C的分布,和混合红/绿显示矩阵的存在材料工具的速度1400 rpm。

显微图像的磨屑收集(a) 1000 rpm, 1200 rpm (b)和(c) 1400 rpm数据所示20.(一)-20.(c),当工具转速增加,颗粒间的距离也会增加,这可以归因于严重贱金属的塑性变形。基质材料中发现销秉承盘表面,并继续处理,胶碎片被切出片的形式。这些片CuNi矩阵形式的材料薄片状的结构已脱离表面由于热代由于摩擦。秉承碎片在椎间盘高度wear-friction关系的影响。因此,所涉及的机制在销盘滑动磨损磨料性质导致耕作的基质材料。

4所示。结论

在最近的研究中,CuNi / B₄通过FSP C表面改性复合材料制造,工具转速的影响宏观结构、微观结构、粒度分析、显微硬度,ut,磨损的研究调查。可以得出以下结论:(我)产生最大的热量在搅拌区被发现734°C,和母材表面的变化是一个机械的融合。光学和FESEM显微图、EDS和XRD模式清楚地揭示出B的存在和分布₄C硬粒子/ CuNi母材。(2)对转速变化FSPed地区被发现。的最大转速FSP工具(1400 rpm),材料的机械作用发现严重,和搅拌/修改面积增加(43毫米²)。随后,最低转速(1000 rpm),发现表面积减少到36.6 43毫米²。这是由于旋转效应和机械应变FSP区域。(3)CuNi / B的显微硬度₄C复合材料表面时减少工具转速的增加,这是由于颗粒间的距离。随着FSP转速的增加,发现硬粒子强化分散的浓度最大,硬度是发现从178年223高压高压逐渐下降。(iv)CuNi / B的磨损率₄C表面复合材料与工具转速的增加减少。磨损表面形貌显示微小的磨损产物尺寸的存在在更高的工具转速优化值1200 rpm。有规模的增加磨屑当工具转速增加到1400 rpm。

数据可用性

没有相关的数据可用。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。