固溶時效對新型Cu-Al-Fe-x合金摩擦磨損性能的影響
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更新時間：2016-04-14
本文研究了一種Cu-Al-Fe-Be系鋁青銅，并選擇合適的熱處理強化制度，綜合研究合金的綜合力學(xué)性能，并著重考察各態(tài)合金在干摩擦磨損條件下的磨損行為，研究其摩擦磨損機理，同時把該新型合金與傳統(tǒng)Cu-Al-Fe-Ni青銅合金進行對比研究，以驗證該合金的優(yōu)劣。
? ? 鋁青銅因其特殊的性能，已廣泛應(yīng)用于鐵路、航空、海域等領(lǐng)域。如導(dǎo)熱性好，在高速列車上代替錳鎳鉻系鋼用作異步電動機護環(huán)材料，克服因電動機轉(zhuǎn)子頻繁溫度升降引起的護環(huán)熱應(yīng)力疲勞破壞，因減磨性好，鋁青銅粉體噴涂于鎳基合金表面以減小航空航天器等領(lǐng)域中具有強烈振動的機器間因微動磨損產(chǎn)生的微裂紋，調(diào)整機件的抗微動磨損性能。因具有高的強度和耐蝕性被大量應(yīng)用于海軍潛艇和艦船方面的一些關(guān)鍵零部件上。近年來，科研工作者積極致力于新型耐磨鋁青銅的研究開發(fā)。隨著耐磨、耐蝕性材料需求的多元化，鋁青銅的成分也變得復(fù)雜化；同時，各種強化鋁青銅合金的新工藝也被大量地研究。Be在低溫下只有少部分溶入銅中形成低鈹含量的固溶體，部分與其他金屬形成金屬化合物，從而能顯著提高合金的強度、硬度、熱強度和高溫抗氧化性。但Be有劇毒，且成本較高，因此在鋁青銅合金中加入一定量Be形成復(fù)雜青銅合金的研究較少。此外，含Be鋁青銅不像鉛－錫青銅一樣含有固體潤滑劑－鉛，因此在相同的工況條件下，鋁青銅的摩擦磨損機理應(yīng)該與鉛－錫青銅不同。目前對含Be鋁青銅摩擦磨損行為進行的探討還比較少。本文研究了一種Cu-Al-Fe-Be系鋁青銅，并選擇合適的熱處理強化制度，綜合研究合金的綜合力學(xué)性能，并著重考察各態(tài)合金在干摩擦磨損條件下的磨損行為，研究其摩擦磨損機理，同時把該新型合金與傳統(tǒng)Cu-Al-Fe-Ni青銅合金進行對比研究，以驗證該合金的優(yōu)劣。?? ??
? ? Cu-Al-Fe-Be的合金成分為（質(zhì)量分數(shù)，%）：10.5~11.5Al，4.0~5.0Fe，0.4Be，0.2La，0.2Ce，其他元素0.04~0.06，Cu余量。Cu-Al-Fe-Ni青銅合金的合金成分為（質(zhì)量分數(shù)，%）：0.5~12.0Al，4.5~5.0Fe， 0.2La，0.2Ce，4.5Ni，其他元素0.04~0.08，Cu余量。?
? ? 所選原料分別為工業(yè)電解陰極純銅Cu-CATH-2，純鋁(99.5以上)、純鐵粉含w(C)<0.01%，電解Ni(Ni9950)，Be采用3.8wt%的中間合金，稀土采用鑭和鈰的同比等量混合物，其余為添加或熔煉帶入的微量元素。采用中頻感應(yīng)爐在非真空條件下進行熔煉。含Be鋁青銅合金用冰晶石作為覆蓋劑，含Ni鋁青銅用90%的玻璃和10%石灰石的混合物作為覆蓋劑。采用一次性熔煉方法，但在加料順序上均是先熔制Al-Fe中間合金，再加入其余合金進行熔煉，混合稀土在出爐澆注前用銅箔(或鋁箔)包裹好加入。在熔煉過程中使用雙鉑銠熱電偶測溫，以便嚴格控制各組分的加入溫度、加入順序、添加量、添加方法和熔化速度。經(jīng)過通氮氣精煉后，出爐澆注到金屬型模具中鑄成毛坯，Cu-Al-Fe-Be合金保證澆注溫度為1170～1180℃，Cu-Al-Fe-Ni合金保證澆注溫度為1200～1250℃。為考察固溶時效對合金綜合性能的影響，兩種合金均經(jīng)950℃×2h水淬處理。然后再分別在350、450、500和600℃進行人工時效，每一溫度下的時效時間分別取2、4和6h。?
? ? 固溶時效能夠顯著改善含Be鋁青銅合金的塑性，同時合金的強度、硬度并沒有出現(xiàn)明顯的下降，基本保持固溶淬火后的水平。從“高強高導(dǎo)”的角度出發(fā)，本研究中Be鋁青銅合金理想的熱處理工藝為950℃×2h淬火，然后經(jīng)350℃×2h后水冷時效；含Ni鋁青銅合金理想的熱處理強化工藝為950℃×2h淬火，然后經(jīng)450℃×2h后水冷時效。兩種鑄態(tài)鋁青銅合金在摩擦磨損過程中，由于平衡組織中大量硬質(zhì)相的存在，如γ2相，使合金的磨損主要以磨粒磨損為主；隨熱處理的進行和載荷及滑動速度的增加，合金磨損以粘著磨損和氧化磨損為主。固溶時效能夠在保持合金強度及電導(dǎo)率的前提下，最大限度的提高鋁青銅合金的摩擦磨損性能。兩種合金不同制度下的摩擦磨損行為表明，含Be鋁青銅在低速低載下的摩擦磨損行為與高速高載下的行為變化不大，且波動性較小，而含Ni鋁青銅受載荷及速度的影響較大，波動性也更大，說明含Be鋁青銅的摩擦磨損性能較Ni鋁青銅優(yōu)越。此外，含Be鋁青銅在350℃×2h時效制度下的磨損行為最好，而含Ni鋁青銅在450℃×2h時效制度下的磨損行為最佳，此研究能為耐磨鋁青銅合金的研究提供一定的參考價值。作為值得信賴的合作伙伴和高品質(zhì)金屬合金的半成品供應(yīng)商，艾荔艾擁有完善的服務(wù)體系和專業(yè)的團隊。在同客戶交易的過程中，我們力求根據(jù)不同的應(yīng)用需求將我們的產(chǎn)品做到精益求精。針對當前和未來的市場需求，艾荔艾致力于為客戶提供最佳的金屬材料解決方案。
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