cr12圆钢存在铸造缺陷及Pb元素偏析的问题

其对cr12圆钢材料要求越来越苛刻，随着汽车等各种机动车辆发动机向高速、重载、高功率等快速发展。技术要求越来越高。目前，广泛应用的cr12圆钢材料为铜铅锡合金/钢cr12圆钢材料，其主要制备方法有静止浇注法、离心浇注法、颗粒感应离心浇注法、粉末冶金烧结轧制复合等方法。但是其均存在自身弱点，例如静止浇注法存在着铸造缺陷及Pb元素偏析等问题，离心浇注法和颗粒感应离心浇注法Pb元素偏析严重，质量稳定性较差，采用粉末冶金烧结轧制复合法得到cr12圆钢材料组织致密度低，界面结合较差。因此，探求一种新型制备钢/耐磨铜合金层状cr12圆钢材料的装置与方法具有重要的应用价值和工程意义。技术实现要素：本发明的目的于，针对现有cr12圆钢材料制备方法存在铸造缺陷及Pb元素偏析的问题，提出一种钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料的制备方法，该方法能精确控制钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料中Pb元素含量，减少Pb元素偏析。为实现上述目的本发明采用的技术方案是一种钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1制备耐磨铜合金粉末；步骤2对钢基底材料进行清洗，去除油污及氧化物，获得清洁表面；步骤3将一定厚度耐磨铜合金粉末覆盖在经高频感应加热的钢基底上；保护气氛下采用激光加热熔化耐磨铜合金粉及一定厚度的钢基底，同时在耐磨铜合金粉与钢基底的熔池上方施加脉冲电磁场，熔池内产生强制对流，促使合金凝固组织均匀细化，耐磨铜合金粉和钢基底二者发生熔合，

   实现冶金结合；步骤4采用在线高频加热正火方式消除内应力，防止开裂与变形，制备得到钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料。进一步地，所述钢为碳素钢或碳素合金钢。进一步地，步骤1制备耐磨铜合金粉末包括以下步骤：先通过电磁搅拌熔炼出成分均匀的耐磨铜合金熔体，然后通入高纯氩气雾化成粉，制备得到耐磨铜合金粉末。进一步地，步骤3中保护气氛为氩气。进一步地，步骤3中所述高频感应加热的频高频感应率为10000‐20000Hz功率为10‐30kW采用高频感应加热钢基底，能防止制备cr12圆钢材料过程中发生变形。进一步地，步骤3中激光的功率为300‐800W/mm2进一步地，步骤3中脉冲电磁场的峰值磁感应强度为500mT脉冲电磁场能产生脉冲电磁压力梯度，促使涂覆层组织致密均匀，脉冲电磁场的输入电流如图1所示，可以看到脉冲电流是半个正弦波，脉宽为2m电流的急剧变化可以产生脉冲电磁场。进一步地，步骤3中一定厚度耐磨铜合金粉末的厚度为1‐3mm合金粉末粒度为100‐300目，粒度过小送粉连续性差，粒度过大合金成分不均匀。进一步地，步骤3中一定厚度的钢基底为0.2‐0.5mm本发明的另一个目的还公开了一种钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料的制备装置，包括：基底传送通道、高频感应加热器线圈、激光发生器、脉冲磁场发生器线圈和高频感应正火线圈，所述基底传送通道依次穿设在高频感应加热器线圈和脉冲磁场发生器线圈内，所述高频感应加热器线圈与脉冲磁场发生器线圈间的基底传送通道上方设置有脉冲磁场发生器线圈，所述脉冲磁场发生器线圈上q345d无缝方管方设置有激光发生器，所述激光发生器的激光束打在脉冲磁场发生器线圈下方的基底传送通道上，所述脉冲磁场发生器线圈与高频感应加热器线圈间的基底传送通道上设置有耐磨铜合金粉末施加装置和保护气施加装置。本发明的另一个目的还公开了一种钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料，采用上述钢-耐磨铜合金层状cr12圆钢材料的制备方法制备而成。通常加热条件下合金熔体内只有由于温度梯度导致的自然对流，所形成凝固组织具有取向性及定向性，导致合金溶质元素偏析，恶化合金力学性能。当对合金凝固过程中熔池施加脉冲电磁场时，熔体中将会产生洛伦兹力，其具体表达式(1为：F＝(1/μ)▽×BB1由于电磁场集肤效应会导致洛伦兹力不均匀，因此将在熔体中不同位置引入压力梯度，其表达式(2为：P＝B2/2μ 2此外，由于电磁场的应用会在合金表面形成涡流，涡流深度与频率有关，频率越高，深度越小，其表达式(3为 δ＝(πfμσ)-1/23此外，所感应产生涡流会产生焦耳热，其表达式(4为：其中：B为磁感应强度，μm为磁导率，ω为角速度，σ为熔体电导率，f为频率。根据公式1和2熔池上方施加电磁场可以向熔体施加一个竖直方向的挤压力，并引起熔池中心向两边发散的强制对流，均匀熔池温度场与溶质成分，细化凝固组织。电磁感应加热还会减少层状cr12圆钢材料制备过程中所产生的内应力，减少复合材料的变形程度。此外，线高频感应正火时，由于钢的相对磁导率为8000铜的相对磁导率仅为1因此在同样的感应频率时(例如10000Hz钢和铜所产生的电磁焦耳热是不一样的由公式(4可知，单位质量的钢所产生的焦耳热比铜大的多，所以在线感应加热正火过程中钢的温度升高很快，