稀土强化新型耐磨铝青铜组织、性能及热处理工艺研究

摘要

首先，本文研究了稀土Ce对新型复杂Cu-Al-Fe-Ni铸态铝青铜组织及性能的影响。利用光学显微镜，扫描电子显微镜对Ce含量为0％、0.05％、0.15％、0.25％的Cu-Al-Fe-Ni的铸态铝青铜显微组织进行观察研究。通过采用拉伸实验、硬度测试、磨损实验对不同Ce含量的铝青铜合金的机械力学性能进行了对比分析。确定最佳Ce的添加量后，研究二级时效热处理强化工艺对添加Ce的新型复杂Cu-Al-Fe-Ni铸态铝青铜组织及性能的影响。
　　对显微组织的观察发现:稀土Ce能够明显的细化铝青铜合金的晶粒，且含量为0.15时细化效果最佳，晶粒均匀，细小圆整。含量为0.25％时，虽然细化效果持续，但出现角块状α相及β'相，晶界粗大。
　　力学实验的对比测试结果表明:添加0.15％Ce铝青铜合金的抗拉强度为735Mpa，伸长率为34.0％，硬度为145HB，比未添加稀土Ce的合金抗拉强度提高了12％，且均高于其他Ce含量的合金试样性能。同时将0％、0.05％、0.15％、0.25％的Cu-Al-Fe-Ni的铸态铝青铜进行摩擦实验，对比分别在干摩擦和油润滑两种条件下，载荷为200N的合金的磨损量及表面磨损形貌。结果表明:含Ce量为0.15％的合金无论在干摩擦还是油润滑条件下，磨损量均为最小，磨损类型为典型的磨粒磨损，油磨表面犁沟平整，剥落较少，耐磨性最好。
　　此外，铝青铜合金是典型的时效强化类合金，固溶时效热处理制度能够有效的提高Cu-Al-Fe-Ni铸态铝青铜合金的性能，本文探索了二级时效工艺在铝青铜中的应用及对合金组织和性能的影响。借鉴铝合金的二级时效工艺机理，设计正交实验，以硬度为参考指标，确定940℃×2h固溶水淬+260℃×2.5h预时效空冷+500℃×1.5h终时效空冷为最佳的二级时效工艺。与普通的单级时效工艺对比，二级时效处理后的合金中κ相（即Fe、Al与Ni的化合物）形态更为细小，分布更加均匀弥散。在透射电镜下观察，低温预时效后的合金组织中出现与基体共格的GP区，为随后的高温时效中κ相的析出提供了形核质点，使κ相的析出更为弥散均匀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铝青铜简介及研究进展

1．1．1 铝青铜简介

1．1．2 铝青铜的研究进展

1．2 稀土的性质及其在铜合金中的应用

1．2．1 稀土概述

1．2．2 稀土在铜合金中的物理化学作用

1．2．3 稀土对铜合金组织的影响

1．2．4 稀土对铜合金工艺性能的影响

1．2．5 稀土对铜合金力学性能的影响

1．2．6 稀土对铜合金耐蚀性能的影响

1．2．7 稀土对铜合金耐磨性能的影响

1．3 铝青铜热处理技术研究进展

1．4 本课题的来源、研究意义和目的

1．4．1 本课题的来源

1．4．2 本课题研究的意义

1．4．3 本课题研究的目的

1．5 本课题研究的内容

第二章 试验材料和研究方法

2．1 试验材料

2．1．1 材料配制

2．1．2 材料熔炼及取样

2．2 试验研究方法

2．2．1 材料显微组织及成分检测

2．2．2 力学性能检测

2．2．3 磨损试验

2．2．4 铝青铜热处理方法

第三章 稀土Ce对材料微观组织及力学性能的影响

3．1 引言

3．2 试验结果

3．2．1 不同Ce含量合金微观组织

3．2．2 不同Ce含量合金的力学性能

3．2．3 不同Ce含量合金的拉伸断口形貌

3．3 试验结果分析

3．3．1 稀土Ce对材料显徽组织的影响

3．3．2 稀土Ce对合金力学性能的影响

3．3．3 稀土Ce对拉伸断口形貌的影响

3．4 本章小结

第四章 稀土强化铸态铝青铜耐磨性研究

4．1 引言

4．2 试验结果

4．2．1 磨损量及磨损率

4．2．2 磨痕形貌

4．3 试验结果分析

4．4 本章结论

第五章 铝青铜合金的二级时效热处理工艺

5．1 铝青铜合金固溶加二级时效工艺的提出及机理

5．1．1 铝青铜合金二级时效工艺的提出

5．1．2 固溶加二级时效强化机理

5．2 固溶加二级时效热处理工艺设计

5．3 热处理后的显徽组织

5．3．1 固溶后显徽组织

5．3．2 预时效后的组织

5．3．3 终时效处理后合金组织的形貌

5．3．4 材料热处理之后的性能

5．4 传统单级时效工艺与二级时效工艺对比

5．4．1 材料传统工艺热处理

5．4．2 一级时效与二级时效工艺对比

5．5 试验结果分析

5．6 本章结论

第六章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文及其他科研成果