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易切削变形锌合金的研制及热处理研究

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目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 锌及锌合金概述

1.1.1 锌的基本性质

1.1.2 锌资源及锌的应用

1.1.3 锌合金的发展

1.2 锌合金的组织与性能概况

1.2.1 Zn-Al合金组织与性能特点

1.2.2 Zn-Cu合金组织与性能特点

1.2.3 合金元素对锌合金的影响

1.3 变形锌合金的研究进展及其应用

1.4 材料的切削性能及影响因素

1.4.1 影响材料切削性能的因素

1.4.2 易切削合金研究现状及切削机理

1.5 本课题来源及主要研究内容

第二章 试验过程及方法

2.1 材料制备及实验工艺流程

2.1.1 熔铸

2.1.2 锯头锯尾车皮

2.1.3 挤压

2.1.4 热处理

2.2 组织性能检测

2.2.1 化学成分分析

2.2.2 力学性能测试

2.2.3 差热分析

2.2.4 切削性能测试

2.2.5 组织结构分析

第三章 易切削变形Zn-Al合金的研制及热处理研究

3.1 易切削变形Zn-Al合金第一轮试制

3.1.1 合金成分设计

3.1.2 切削性能测试

3.1.3 室温力学性能测试

3.1.4 铸态金相组织

3.1.5 X射线衍射分析

3.1.6 扫描电镜观察

3.1.7 差热分析

3.1.8 电镀预处理和电镀试验

3.2 易切削变形Zn-Al合金第二轮试制

3.2.1 合金成分设计

3.2.2 切削性能测试

3.2.3 室温力学性能测试

3.2.4 扫描电镜观察

3.2.5 X射线衍射分析

3.2.6 差热分析

3.3 易切削Zn-Al合金均匀化热处理研究

3.3.1 热处理对合金硬度的影响

3.3.2 热处理对合金显微组织的影响

3.3.3 力学性能测试结果

3.3.4 钻屑形貌分析

3.4 易切削Zn-Al合金固溶时效热处理研究

3.4.1 硬度测试结果与分析

3.4.2 X射线衍射分析

3.4.3 显微组织分析

3.4.4 室温力学性能

3.4.5 切削性能

3.5 本章小结

第四章 易切削变形Zn-Cu合金的研制及热处理研究

4.1 易切削变形Zn-Cu合金成分设计

4.2 室温力学性能测试

4.3 切削性能测试

4.4 合金组织结构分析

4.4.1 X射线衍射分析

4.4.2 金相组织观察

4.4.3 扫描电镜观察

4.5 易切削变形Zn-Cu合金热处理研究

4.5.1 热处理对合金硬度的影响

4.5.2 热处理对合金金相组织的影响

4.5.3 室温力学性能测试

4.5.4 车屑形貌分析

4.5.5 X射线衍射分析

4.5.6 扫描电镜观察

4.6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果

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摘要

本文从“以锌代铜”的主题出发,结合国家“十一五”科技支撑计划项目(2009BAE71B00),进行易切削变形锌合金的研制及热处理研究。通过对试制合金的显微组织、力学性能、切削性能、电镀性能等进行综合分析比较,得到力学性能良好、切削性能优异的Zn-10Al-1.0Cu-xBi-ySn合金和力学性能、切削性能良好的Zn-1.2Cu-0.5Bi-0.2Al-0.3Mn-0.05Ti合金,并对获得的两种易切削锌合金分别进行热处理研究,得出以下主要结论:
   (1)低熔点的单质Bi相能显著提高Zn-Al合金切削性能;Bi与Mg易形成较高熔点的Mg3Bi2相,对改善Zn-Al合金切削性能不利,易切削Zn-Al合金中应尽量少添加或不添加Mg;单独添加少量Sn对改善Zn-Al合金的切削性能效果不明显;复合添加Sn和Bi能够显著提高Zn-Al合金切削性能;本文自行研制的Zn-10Al-1.0Cu-xBi-ySn合金,具有良好的力学性能和优异的切削性能。
   (2)易切削Zn-10Al-1.0Cu-xBi.ySn合金铸锭较佳的均匀化热处理工艺为360℃×12h,随炉冷却;均匀化热处理可减少或消除合金中的枝晶偏析和非平衡[β+η]共晶组织;合金均匀化退火后随炉冷却,可得到均匀的α+η层片状和粒状共析组织,合金强度虽然有所降低,但塑性显著升高。易切削变形Zn-10Al-1.0Cu-xBi-ySn合金较佳的固溶时效热处理工艺为350℃×30min,水冷+100℃×12h,空冷;经过合理的固溶时效热处理后,合金中的α+η胞状和粒状组织增多,层片状组织减少,合金塑性提高。热处理不会降低易切削Zn-10Al-1.0Cu-xBi-ySn合金的切削性能。
   (3)Bi能改善Zn-Cu合金切削性能,但过量的Bi对合金力学性能和冷、热加工性能不利,本文自行研制的Zn-1.2Cu-0.1Mg-0.5Bi.0.2Al-0.3Mn-0.05Ti合金具有良好的切削性能和综合力学性能;含Bi易切削Zn-Cu合金铸态的切削性能比挤压态好,铸态易断屑,车屑较细小,挤压态则不易断屑,车屑呈螺旋状。
   (4)使Zn-1.2Cu-0.1Mg-0.5Bi-0.2Al-0.3Mn-0.05Ti合金强度提高的较佳的热处理工艺为350℃×30min,水冷。热处理后合金抗拉强度有所提高,但伸长率明显下降,组织变得更均匀但晶粒有所长大。热处理对提高合金切削性能效果不明显。

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