高鋁鋅基合金耐磨性能的研究.pdf

1、高鋁鋅基合金具有良好的力學(xué)性能和耐磨性能,可用于替代錫青銅和鋁青銅制造滑塊、軸瓦、軸套、渦輪等,零件的使用壽命可達(dá)銅合金的1～3倍,而鑄件成本僅為銅合金的40％～60％,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。本文首先通過正交試驗(yàn)確定了ZA40的優(yōu)化成分,在此基礎(chǔ)上對(duì)經(jīng)過成分優(yōu)化的ZA40合金做了摩擦磨損試驗(yàn)研究,分析了合金元素(Cu,Mg,Si,稀土Re)和六種不同的熱處理工藝對(duì)ZA40合金的金相組織及其耐磨性能的影響,初步探討了ZA40合金的拉伸斷裂機(jī)

2、制和摩擦磨損機(jī)理,研究結(jié)果如下所述:
　　 (1)通過正交試驗(yàn),綜合抗拉強(qiáng)度和布氏硬度得到的ZA40合金成分的優(yōu)化組合為:Zn-Al40-Cu4-Mg0.02-Si3-Re0.15。鑄態(tài)下,ZA40合金的金相組織主要由α相、η相、Si相、ε相和共析體(α+η)組成。
　　 (2)影響ZA40合金抗拉強(qiáng)度因素的主次順序?yàn)镸g>Cu>Re>Si；影響ZA40合金硬度因素的主次順序?yàn)镾i>Re>Cu>Mg；影響ZA40合金延伸

3、率因素的主次順序?yàn)镽e>Mg>Cu>Si。
　　 (3)經(jīng)過成分優(yōu)化后,ZA40合金的性能得到了較大幅度的提高,與文獻(xiàn)中報(bào)道的性能相比,優(yōu)化后的ZA40合金其硬度、強(qiáng)度和延伸率分別從HBS122、339MPa和1.5％提高到了HBS158.6、358.24MPa和2.55％,分別提高了30％、5.7％和70％。
　　 (4)鑄態(tài)ZA40合金的拉伸斷裂機(jī)制可以認(rèn)為是一種應(yīng)變誘導(dǎo)方式的準(zhǔn)解理斷裂,拉伸斷裂時(shí)伴隨著的較大的塑性

4、變形,且在準(zhǔn)解理面上常常出現(xiàn)一些所謂的撕裂棱和韌窩帶。
　　 (5)不同載荷下,鑄態(tài)ZA40合金的干摩擦系數(shù)變化不大,隨著載荷的增大,合金摩擦系數(shù)略有上升,載荷分別為200N和300N時(shí),平均干摩擦系數(shù)分別是0.55和0.57。
　　 (6)鑄態(tài)ZA40合金在干摩擦條件下的磨損機(jī)理隨載荷的大小不同而有所不同。在較低載荷(200N)時(shí),主要是磨料磨損和氧化磨損；較高載荷(300N)時(shí),主要是表面疲勞磨損和氧化磨損。

5、　　 (7)對(duì)鑄態(tài)ZA40合金作高溫固溶處理之后,隨著冷卻速率的增大,合金的晶粒尺寸依次減小,但合金中仍然存在較為嚴(yán)重的成分偏析現(xiàn)象。
　　 (8)對(duì)經(jīng)過固溶+淬火處理之后的ZA40合金再進(jìn)一步作低溫時(shí)效處理,隨著時(shí)效保溫時(shí)間的延長,成分偏析和應(yīng)力集中現(xiàn)象逐步得到消除,晶粒逐漸長大。
　　 (9)熱處理工藝對(duì)鑄態(tài)ZA40合金磨損量的影響規(guī)律是:固溶處理配合短時(shí)間的低溫時(shí)效,能使ZA40合金的磨損量顯著下降,且磨損量隨著

6、低溫時(shí)效時(shí)間的延長而增大。實(shí)驗(yàn)表明,熱處理工藝為:380℃×8h水淬+200℃×2h空冷能使ZA40合金試樣的磨損量下降最大。經(jīng)過時(shí)效處理之后的試樣摩擦磨損性能更加穩(wěn)定。
　　 (10)由于鋁青銅和錫青銅的材質(zhì)與ZA40合金相比較軟,在同等實(shí)驗(yàn)條件下雖然其摩擦系數(shù)較ZA40合金小,但其磨損量都遠(yuǎn)大于(不管是鑄態(tài)還是經(jīng)過熱處理過后的)ZA40合金。
　　 總之,ZA40合金可以作為一種新型的減摩材料用于替代部分錫青銅和鋁青