42crmo钢_铜合金复合材料的sps制备及其界面研究

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1、分类号:TG40110170-2015231001专业硕士学位论文42CrMo钢/铜合金复合材料的SPS制备及其界面研究冯超导师姓名职称鲍明东教授姜超平副教授专业学位类别及领申请学位级别专业硕士材料工程域名称论文提交日期2018年4月30日论文答辩日期2018年5月23日学位授予单位长安大学Preparationof42CrMo/alloyalloycompoundmaterialbySPSandthestudyofbindinginterfaceAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:FengChaoSupervisor:

2、AssociateProf.JiangChaopingProf.BaoMingdongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要铜合金具有优异的加工性、延展性、耐磨性和导电导热性，在工业生产中是一种常用金属材料，广泛应用于众多领域。柱塞泵里常用的耐磨零件如：转子、滑靴等都是由铜合金材料制成，但与钢相比铜强度低易变形，在恶劣工作条件环境里，常出现严重磨损，导致零件不能达到预期寿命而失效，既影响了设备正常工作又造成铜材料严重浪费，降低经济效益。以铜或铜合金作为基体，钢作为衬层时，制得钢背铜基复合材料零件是一个解决思路。钢材价格相对便宜且具有良好的力学性能、工

3、艺性能，如果可以用铜/钢复合材料代替传统的纯铜或铜合金材料制造零件，将节约大量贵金属铜，从而大幅度降低生产成本；铜/钢复合材料能既兼备铜钢各自性能的优点，又具有良好的综合性能，必将获得广泛应用。本文首先采用座滴法研究了铜合金对42CrMo钢衬底的润湿铺展性能，通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱仪对润湿界面显微形貌和元素扩散进行了检测分析，考察了42CrMo钢和铜合金的可连接性。在此基础上，用熔铸法制备42CrMo钢/铅青铜复合材料，并探究分析结合面组织结构特点和元素分布。由SEM图可看出，在铜基体中出现铅块偏聚区域，铅青铜和42CrMo钢结合界面润湿良好，致密而无空洞，

4、界面为铜液润湿铁形成的铜/铁界面，近界面钢侧发生了铜原子沿晶界渗透的现象，导致局部界面出现开裂现象。然后以42CrMo钢和一种铜合金为母材，采用SPS技术制备了42CrMo钢/铜合金复合材料并优化了连接工艺参数，对结合界面显微组织和性能进行分析。通过金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱仪、X射线衍射仪（XRD）观察并研究了温度（650~770℃）和保温时间（10~60min）对42CrMo钢/铜合金复合材料结合界面微观形貌、元素扩散的影响，分析了结合面形成机理和力学性能，获得最佳连接工艺参数（温度770℃，压强25MPa，保温时间60min，5min冷却到

5、670℃，4min冷却到570℃，随炉冷却）。该参数下结合界面无明显的裂缝、孔隙等缺陷，Fe向铜合金一侧扩散剧烈，其中靠近结合面处为一个10~20μm宽组织比较均匀的的过渡层，过渡层外Fe继续向铜合金一侧延伸，形成一个50~60μm的岛状组织区，无规则地分布较多灰色岛状组织，通过EDS能谱分析，该组织为Fe的某种固溶体。通过对比可知，采用SPS烧结技术制备42CrMo钢/铜合金双金属复合材料，元素扩散区厚度要比熔铸法制备的厚，且结合面质量更好。i关键词：42CrMo钢；铜合金；连接；扩散；结合面iiAbstractCopperalloyshaveexcellentmachin

6、ability,ductility,wearresistanceandconductivity,andthermalconductivity.Inindustrialproduction,itisacommonmetalmaterial,whichiswidelyusedinmanyfields.Thewear-resistantpartscommonlyusedintheplungerpump,suchastherotorandslipper,aremadeofpurecopperorcopperalloy,butcomparedwithsteel,thestrengtho

7、fcopperislowandeasytobedeformed.Intheenvironmentofbadworkingconditions,seriouswearoftenoccurs,whichcausesthefailureofthepartstoreachthelifeexpectancy,whichnotonlyaffectsthenormalworkoftheequipmentbutalsocausestheseriouswasteofthecoppermaterial,influencin