高铝锌基合金组织及性能的研究

摘要

高铝锌基合金凭借良好的机械性能、铸造性能、耐磨性能以及成本低、能耗小成为金属材料研究的热点之一。随着合金中铝含量的提高，合金的室温、高温力学性能、耐磨性以及价格优势愈显突出。本文对Al≥27％的高铝锌基合金进行了研究，对合金的显微组织及性能之间的关系进行了分析，旨在提高合金的综合性能，扩大高铝锌基合金的应用范围。本研究采用光学金相分析（OM），扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线分析（XRD）、显微硬度、拉伸性能、冲击韧度、尺寸稳定性能、磨损性能等分析和测试手段，较系统地研究了Al含量对高铝锌基合金显微组织和力学性能的影响及作用机理，Bi、Sb合金元素对综合性能最优的ZA40合金组织及性能的影响。主要研究内容如下： ⑴在高铝锌基合金中增大Al含量，组织中α相数量增多，α相和η相均得到细化，ZA40合金中α相溶解Zn、Cu元素较ZA27提高49．3％，固溶强化作用增强。ZA40合金中硬质点相有ε（CuZn5）、Cu3Al2及CugAl4。 ⑵随Al含量的提高，合金力学性能提高，室温下强度提高9．19％，硬度提高13．5％，韧性提高44．75％，塑性有所下降，高温抗拉强度比ZA27提高37．5％。高温时效处理可使富Al的α相更稳定，提高合金的尺寸稳定性。合金的耐磨性提高，在高速重载的条件下，ZA40合金磨损量、摩擦系数、摩擦力矩分别为ZA27合金的30．8％、64％、63．6％。 ⑶在高铝锌基合金中添加Bi元素，可使合金的组织细化，Bi以单质团簇状存在于晶界处，使合金韧性有所下降。Bi由于自身特有的物理性质，可以提高合金的尺寸稳定性，在经过150℃、200h保温后尺寸变化率减小22．2％，再次经过96℃、50h保温后尺寸变化率减小67．25％。在高速800N的情况下可使合金的磨损量减小12．77％。Bi含量1．0％左右性能最好。 ⑷在高铝锌基合金中添加Sb元素，使α枝晶钝化，提高合金硬度，合金中Sb与Zn形成化合物Sb3Zn4，存在于晶界处使合金韧性有所下降。Sb3Zn4化合物的出现消耗了Zn，减少了η相的数量，使Zn的线膨胀作用减弱，提高合金的尺寸稳定性，在经过150℃、200h保温后尺寸变化率减小18．5％，再次经过96℃、50h保温后尺寸变化率减小85．2％。在高速1100N的情况下合金的磨损量减小11．76％，在重载有润滑的情况下作用更突出。Sb含量1．0％左右性能最好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 综述

1.1 前言

1.2 锌铝合金概述

1.3 锌铝合金的研究现状

1.3.1 合金化与变质

1.3.2 热处理

1.3.3 优化铸造工艺

1.3.4 塑性变形及半固态处理技术

1.3.5 喷雾沉积工艺

1.3.6 复合材料

1.4 高铝锌基合金的研究意义及内容

1.4.1 本论文研究的意义

1.4.2 本论文研究的主要内容

第二章 锌铝合金的合金化原理

2.1 锌的合金化原理

2.1.1 固溶强化

2.1.2 析出强化

2.1.3 弥散强化

2.1.4 细晶强化

2.2 锌铝合金的相结构及影响因素

2.2.1 锌铝合金的相结构

2.2.2 固溶体的影响因素

2.2.3 金属化合物

2.3 锌铝合金中存在的相和化合物

2.4 本课题所用合金相图总汇

第三章 试验方案设计

3.1 试验合金成分设计

3.2 试验条件

3.3 试验合金制备

3.3.1 原材料准备

3.3.2 模具的选择

3.3.3 试验合金的熔炼

3.3.4 试验合金试样的加工

3.4 试验合金组织测试

3.4.1 金相显微分析

3.4.2 XRD(X-Ray Diffraction)分析

3.4.3 SEM(Scanning Electron Microscope)分析

3.4.4 EDS(Energy Dispersive Spectrometer)分析

3.5 试验合金性能测试

3.5.1 力学性能测试

3.5.2 尺寸稳定性能测试

3.5.3 磨损性能测试

第四章 Al含量对高铝锌基合金组织及性能的影响

4.1 Al含量对高铝锌基合金显微组织及力学性能的影响

4.1.1 Al含量对高铝锌基合金显微组织的影响

4.1.2 Al含量对高铝锌基合金力学性能的影响

4.2 不同条件下Al含量对高铝锌基合金尺寸变化率的影响

4.2.1 150 ℃Al含量对高铝锌基合金尺寸变化率的影响

4.2.2 96 ℃Al含量对高铝锌基合金尺寸变化率的影响

4.3 Al含量对高铝锌基合金耐磨性的影响

4.4 本章小结

第五章 合金元素Bi、Sb对ZA40合金组织及性能的影响

5.1 Bi对ZA40合金显微组织及性能的影响

5.1.1 Bi对ZA40合金显微组织的影响

5.1.2 Bi对ZA40合金力学性能的影响

5.1.3 Bi对ZA40合金尺寸变化率的影响

5.1.4 Bi对ZA40合金磨损性能的影响

5.2 Sb对ZA40合金显微组织及性能的影响

5.2.1 Sb对ZA40合金显微组织的影响

5.2.2 Sb对ZA40合金力学性能的影响

5.2.3 Sb对ZA40合金尺寸变化率的影响

5.2.4 Sb对ZA40合金磨损性能的影响

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致 谢