热处理工艺对新型高铝青铜合金组织和性能的影响

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铝青铜合金由于刚性稳定、导热系数高、产品后续抛光容易,是极具发展前景的用于拉伸模具、压延模具的材料。而Al含量低时强硬度不足,Al含量高时塑韧性差成为妨碍其应用的关键。因此,制备出一种综合性能优异的铝青铜合金是十分必要的。本论文针对铝青铜合金应用于模具等材料中的实际状况及对性能的要求,选用Cu-l2Al为研究对象,通过添加Fe、Ni、Mn等元素制备了一种新型高铝青铜合金,并对该合金进行固溶时效处理,探讨固溶温度、固溶保温时间,时效温度、时效时间对该新型多元高铝青铜合金组织及力学性能的影响,利用UMT-2摩擦磨损试验机,研究了固溶时效工艺、加载力、转速、温度等对新型高铝青铜合金摩擦磨损性能的影响,利用M283恒电位仪及全浸泡静态腐蚀试验研究了该新型多元高铝青铜合金的腐蚀行为。主要研究成果如下:新型高铝青铜合金Cu-l2Al-X的铸态组织相组成主要为:α、β′、γ2及k相,与传统的铝青铜合金ZCuAl10Fe3相比,硬质相含量γ2及k相明显增多,HRC硬度及抗拉强度显著提高,而与含Al量为14%的高铝青铜合金相比,在强度、硬度相差不大的情况下,又具有良好的塑韧性,综合力学性能优良。对该新型高铝青铜合金固溶时效处理后,对比它们的显微组织与力学性能发现,随着时效温度的增加及时效时间的延长,析出相逐渐增多并弥散分布,使合金得到强化,硬度及抗拉强度持续升高,若继续升高温度或延长保温时间,将出现过时效现象,硬度和抗拉强度下降;时效温度及时效时间对该合金的延伸率影响效果不同,延伸率随着时效温度的升高呈现先上升后下降的趋势,而在一定时效温度下,延伸率随着时效时间的延长而下降;最终确定了该新型高铝青铜合金的最佳固溶时效工艺参数,为950℃×2h固溶+550℃×4h时效,在此工艺参数下,该新型高铝青铜合金HRC硬度为:42.6,冲击吸收功为:6.456J,抗拉强度为:890MPa,延伸率为:9.84%。利用UMT-2摩擦磨损仪研究了合金的摩擦磨损性能,发现固溶时效能显著的降低该新型高铝青铜合金的磨损量及摩擦系数;随着加载力的提高,同一状态的合金的磨损量呈现上升趋势,而摩擦系数存在着先下降后上升的趋势;转速主要是通过由摩擦热引起表面温度升高进而影响合金表面的剪切强度来影响合金的摩擦系数,对于组织分布不均匀的铸态合金这种影响效果比较显著;温度的升高,对于Cu-12Al-X/CA而言,由于其组织中初生的γ2相及k相尺寸较大,支撑作用强,能有效的降低其粘着的趋势,磨损机制为粘着磨损加磨粒磨损的混合机制,对于Cu-12Al-X/HT而言,其组织中k相金属间化合物及γ2相显著细化且弥散分布,支撑作用弱,磨损机制主要为粘着磨损。利用M283恒电位仪及全浸泡静态腐蚀试验研究了该新型多元高铝青铜合金的腐蚀行为,发现该新型高铝铜合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀速率比较低,仅为0.0295g·m-2·h-1,经过固溶时效处理以后,腐蚀速率进一步降低,腐蚀机理为脱成分腐蚀,主要发生氧的去极化反应。
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