高强铜/钢双金属复合导板的成形工艺研究

摘要

目前,国内外汽车模具行业中的大、中型冲压模具导向零件都采用铜合金、粉末烧结铜/钢双金属来制作导向板。但是,随着高精密模具对导板性能要求的提高,现有的导板材料和成形方法已不能满足生产需求。因此本课题开发了高强铜合金,通过采用液-固相成型工艺制备高强铜/钢双金属复合导板,不仅可以通过提高导板的综合性能延长其使用寿命,而且可以减少贵重金属的使用从而降低生产成本。
　　 通过成分优化设计,开发了高强铜合金,并对高强铜合金进行力学性能、摩擦磨损性能测试。铜合金成分为Cu-Zn23-A15.5-Fe4-Mn4.5,具有良好的综合性能,铸态下抗拉强度750～900MPa,硬度250～320HB,延伸率15～20％,采用T10钢与高强铜合金进行干磨擦时的摩擦系数为0.13～0.15。高强铜合金适宜于汽车高端模具导向板的应用。
　　 为了将研发的高强铜合金复合在45钢板上,采用液-固相成型工艺。首先对基体钢板进行预处理,采用电刷镀铜(10μm)+浸涂抗氧化剂和助镀剂+热浸渗铜(浸渗温度1100～1150℃,浸渗时间60～90s)综合处理工艺;然后,将高强铜合金熔炼至1250～1300℃,精炼后浇注在经过预处理的基体钢板(100×100×20mm)上,获得高强铜(5mm厚)/钢双金属复合导板。
　　 通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对结合界面进行微观分析,结果表明:高强铜/钢双金属的界面结合是通过机械结合、熔合结合和扩散结合共同实现的;在过渡层复合界面上,原子优先沿金属表面扩散和晶界渗透,晶界是扩散的主要通道;过渡层界面通过表面润湿铺展和原子扩散导致富Fe和富Cu区形成Fe-Cu二元合金相。