cr12圓鋼存在鑄造缺陷及Pb元素偏析的問題

其對cr12圓鋼材料要求越來越苛刻，隨著汽車等各種機動車輛發(fā)動機向高速、重載、高功率等快速發(fā)展。技術(shù)要求越來越高。目前，廣泛應(yīng)用的cr12圓鋼材料為銅鉛錫合金/鋼cr12圓鋼材料，其主要制備方法有靜止?jié)沧⒎�、離心澆注法、顆粒感應(yīng)離心澆注法、粉末冶金燒結(jié)軋制復(fù)合等方法。但是其均存在自身弱點，例如靜止?jié)沧⒎ù嬖谥�鑄造缺陷及Pb元素偏析等問題，離心澆注法和顆粒感應(yīng)離心澆注法Pb元素偏析嚴(yán)重，質(zhì)量穩(wěn)定性較差，采用粉末冶金燒結(jié)軋制復(fù)合法得到cr12圓鋼材料組織致密度低，界面結(jié)合較差。因此，探求一種新型制備鋼/耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料的裝置與方法具有重要的應(yīng)用價值和工程意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的于，針對現(xiàn)有cr12圓鋼材料制備方法存在鑄造缺陷及Pb元素偏析的問題，提出一種鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料的制備方法，該方法能精確控制鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料中Pb元素含量，減少Pb元素偏析。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1制備耐磨銅合金粉末；步驟2對鋼基底材料進行清洗，去除油污及氧化物，獲得清潔表面；步驟3將一定厚度耐磨銅合金粉末覆蓋在經(jīng)高頻感應(yīng)加熱的鋼基底上；保護氣氛下采用激光加熱熔化耐磨銅合金粉及一定厚度的鋼基底，同時在耐磨銅合金粉與鋼基底的熔池上方施加脈沖電磁場，熔池內(nèi)產(chǎn)生強制對流，促使合金凝固組織均勻細化，耐磨銅合金粉和鋼基底二者發(fā)生熔合，

   實現(xiàn)冶金結(jié)合；步驟4采用在線高頻加熱正火方式消除內(nèi)應(yīng)力，防止開裂與變形，制備得到鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料。進一步地，所述鋼為碳素鋼或碳素合金鋼。進一步地，步驟1制備耐磨銅合金粉末包括以下步驟：先通過電磁攪拌熔煉出成分均勻的耐磨銅合金熔體，然后通入高純氬氣霧化成粉，制備得到耐磨銅合金粉末。進一步地，步驟3中保護氣氛為氬氣。進一步地，步驟3中所述高頻感應(yīng)加熱的頻高頻感應(yīng)率為10000‐20000Hz功率為10‐30kW采用高頻感應(yīng)加熱鋼基底，能防止制備cr12圓鋼材料過程中發(fā)生變形。進一步地，步驟3中激光的功率為300‐800W/mm2進一步地，步驟3中脈沖電磁場的峰值磁感應(yīng)強度為500mT脈沖電磁場能產(chǎn)生脈沖電磁壓力梯度，促使涂覆層組織致密均勻，脈沖電磁場的輸入電流如圖1所示，可以看到脈沖電流是半個正弦波，脈寬為2m電流的急劇變化可以產(chǎn)生脈沖電磁場。進一步地，步驟3中一定厚度耐磨銅合金粉末的厚度為1‐3mm合金粉末粒度為100‐300目，粒度過小送粉連續(xù)性差，粒度過大合金成分不均勻。進一步地，步驟3中一定厚度的鋼基底為0.2‐0.5mm本發(fā)明的另一個目的還公開了一種鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料的制備裝置，包括：基底傳送通道、高頻感應(yīng)加熱器線圈、激光發(fā)生器、脈沖磁場發(fā)生器線圈和高頻感應(yīng)正火線圈，所述基底傳送通道依次穿設(shè)在高頻感應(yīng)加熱器線圈和脈沖磁場發(fā)生器線圈內(nèi)，所述高頻感應(yīng)加熱器線圈與脈沖磁場發(fā)生器線圈間的基底傳送通道上方設(shè)置有脈沖磁場發(fā)生器線圈，所述脈沖磁場發(fā)生器線圈上q345d無縫方管方設(shè)置有激光發(fā)生器，所述激光發(fā)生器的激光束打在脈沖磁場發(fā)生器線圈下方的基底傳送通道上，所述脈沖磁場發(fā)生器線圈與高頻感應(yīng)加熱器線圈間的基底傳送通道上設(shè)置有耐磨銅合金粉末施加裝置和保護氣施加裝置。本發(fā)明的另一個目的還公開了一種鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料，采用上述鋼-耐磨銅合金層狀cr12圓鋼材料的制備方法制備而成。通常加熱條件下合金熔體內(nèi)只有由于溫度梯度導(dǎo)致的自然對流，所形成凝固組織具有取向性及定向性，導(dǎo)致合金溶質(zhì)元素偏析，惡化合金力學(xué)性能。當(dāng)對合金凝固過程中熔池施加脈沖電磁場時，熔體中將會產(chǎn)生洛倫茲力，其具體表達式(1為：F＝(1/μ)▽×BB1由于電磁場集膚效應(yīng)會導(dǎo)致洛倫茲力不均勻，因此將在熔體中不同位置引入壓力梯度，其表達式(2為：P＝B2/2μ 2此外，由于電磁場的應(yīng)用會在合金表面形成渦流，渦流深度與頻率有關(guān)，頻率越高，深度越小，其表達式(3為 δ＝(πfμσ)-1/23此外，所感應(yīng)產(chǎn)生渦流會產(chǎn)生焦耳熱，其表達式(4為：其中：B為磁感應(yīng)強度，μm為磁導(dǎo)率，ω為角速度，σ為熔體電導(dǎo)率，f為頻率。根據(jù)公式1和2熔池上方施加電磁場可以向熔體施加一個豎直方向的擠壓力，并引起熔池中心向兩邊發(fā)散的強制對流，均勻熔池溫度場與溶質(zhì)成分，細化凝固組織。電磁感應(yīng)加熱還會減少層狀cr12圓鋼材料制備過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，減少復(fù)合材料的變形程度。此外，線高頻感應(yīng)正火時，由于鋼的相對磁導(dǎo)率為8000銅的相對磁導(dǎo)率僅為1因此在同樣的感應(yīng)頻率時(例如10000Hz鋼和銅所產(chǎn)生的電磁焦耳熱是不一樣的由公式(4可知，單位質(zhì)量的鋼所產(chǎn)生的焦耳熱比銅大的多，所以在線感應(yīng)加熱正火過程中鋼的溫度升高很快，