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固溶时效对新型Cu-Al-Fe-x合金摩擦磨损性能的影响

腊月:快赢彩票网    发布时间:2017-12-13 点击量:
    铝青铜因其特殊的性能,已广泛应用于铁路、航空、海域等领域。如导热性好,在高速列车上代替锰镍铬系钢用作异步电动机护环材料,克服因电动机转子频繁温度升降引起的护环热应力疲劳破坏,因减磨性好,铝青铜粉体喷涂于镍基合金表面以减小航空航天器等领域中具有强烈振动的机器间因微动磨损产生的微裂纹,调整机件的抗微动磨损性能。因具有高的强度和耐蚀性被大量应用于海军潜艇和舰船方面的一些关键零部件上。近年来,科研工作者积极致力于新型耐磨铝青铜的研究开发。随着耐磨、耐蚀性材料需求的多元化,铝青铜的成分也变得复杂化;同时,各种强化铝青铜合金的新工艺也被大量地研究。Be在低温下只有少部分溶入铜中形成低铍含量的固溶体,部分与其他金属形成金属化合物,从而能显著提高合金的强度、硬度、热强度和高温抗氧化性。但Be有剧毒,且成本较高,因此在铝青铜合金中加入一定量Be形成复杂青铜合金的研究较少。此外,含Be铝青铜不像铅-锡青铜一样含有固体润滑剂-铅,因此在相同的工况条件下,铝青铜的摩擦磨损机理应该与铅-锡青铜不同。目前对含Be铝青铜摩擦磨损行为进行的探讨还比较少。本文研究了一种Cu-Al-Fe-Be系铝青铜,并选择合适的热处理强化制度,综合研究合金的综合力学性能,并着重考察各态合金在干摩擦磨损条件下的磨损行为,研究其摩擦磨损机理,同时把该新型合金与传统Cu-Al-Fe-Ni青铜合金进行对比研究,以验证该合金的优劣。          Cu-Al-Fe-Be的合金成分为(质量分数,%):10.5~11.5Al,4.0~5.0Fe,0.4Be,0.2La,0.2Ce,其他元素0.04~0.06,Cu余量。Cu-Al-Fe-Ni青铜合金的合金成分为(质量分数,%):0.5~12.0Al,4.5~5.0Fe, 0.2La,0.2Ce,4.5Ni,其他元素0.04~0.08,Cu余量。 
    所选原料分别为工业电解阴极纯铜Cu-CATH-2,纯铝(99.5以上)、纯铁粉含w(C)<0.01%,电解Ni(Ni9950),Be采用3.8wt%的中间合金,稀土采用镧和铈的同比等量混合物,其余为添加或熔炼带入的微量元素。采用中频感应炉在非真空条件下进行熔炼。含Be铝青铜合金用冰晶石作为覆盖剂,含Ni铝青铜用90%的玻璃和10%石灰石的混合物作为覆盖剂。采用一次性熔炼方法,但在加料顺序上均是先熔制Al-Fe中间合金,再加入其余合金进行熔炼,混合稀土在出炉浇注前用铜箔(或铝箔)包裹好加入。在熔炼过程中使用双铂铑热电偶测温,以便严格控制各组分的加入温度、加入顺序、添加量、添加方法和熔化速度。经过通氮气精炼后,出炉浇注到金属型模具中铸成毛坯,Cu-Al-Fe-Be合金保证浇注温度为1170~1180℃,Cu-Al-Fe-Ni合金保证浇注温度为1200~1250℃。为考察固溶时效对合金综合性能的影响,两种合金均经950℃×2h水淬处理。然后再分别在350、450、500和600℃进行人工时效,每一温度下的时效时间分别取2、4和6h。 
    固溶时效能够显著改善含Be铝青铜合金的塑性,同时合金的强度、硬度并没有出现明显的下降,基本保持固溶淬火后的水平。从“高强高导”的角度出发,本研究中Be铝青铜合金理想的热处理工艺为950℃×2h淬火,然后经350℃×2h后水冷时效;含Ni铝青铜合金理想的热处理强化工艺为950℃×2h淬火,然后经450℃×2h后水冷时效。两种铸态铝青铜合金在摩擦磨损过程中,由于平衡组织中大量硬质相的存在,如γ2相,使合金的磨损主要以磨粒磨损为主;随热处理的进行和载荷及滑动速度的增加,合金磨损以粘着磨损和氧化磨损为主。固溶时效能够在保持合金强度及电导率的前提下,最大限度的提高铝青铜合金的摩擦磨损性能。两种合金不同制度下的摩擦磨损行为表明,含Be铝青铜在低速低载下的摩擦磨损行为与高速高载下的行为变化不大,且波动性较小,而含Ni铝青铜受载荷及速度的影响较大,波动性也更大,说明含Be铝青铜的摩擦磨损性能较Ni铝青铜优越。此外,含Be铝青铜在350℃×2h时效制度下的磨损行为最好,而含Ni铝青铜在450℃×2h时效制度下的磨损行为最佳,此研究能为耐磨铝青铜合金的研究提供一定的参考价值。

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