【摘 要】
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高强耐磨黄铜能够适应较恶劣的工作环境,常被用于制造柱塞泵、汽车同步器齿环等零部件。随着我国汽车工业和工程机械的快速发展,对高强耐磨黄铜材料的强度、耐磨性能要求越来越高。为提高高强耐磨黄铜合金的强度、耐磨性能,本文主要研究了不同Al/Ni含量、热挤压及冷拉伸、固溶+时效处理三方面对高强耐磨黄铜合金组织及性能的影响,制备了CuZnSiMnAl/Ni系高强耐磨黄铜。研究结果主要包括以下几方面:(1)当理
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高强耐磨黄铜能够适应较恶劣的工作环境,常被用于制造柱塞泵、汽车同步器齿环等零部件。随着我国汽车工业和工程机械的快速发展,对高强耐磨黄铜材料的强度、耐磨性能要求越来越高。为提高高强耐磨黄铜合金的强度、耐磨性能,本文主要研究了不同Al/Ni含量、热挤压及冷拉伸、固溶+时效处理三方面对高强耐磨黄铜合金组织及性能的影响,制备了CuZnSiMnAl/Ni系高强耐磨黄铜。研究结果主要包括以下几方面:(1)当理论锌当量不变时,随着Al含量增加,固溶强化作用增强,合金组织中α相和强化相细化,Mn5Si3强化相分别为中空六棱柱状初生Mn5Si3和层片状共晶Mn5Si3,合金在3.6 wt.%Al时性能最好,硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为194 HB、655 MPa、435 MPa、4.3%,摩擦系数、磨损率分别为0.236、1.541×10-13 m~3/(N·m)。与铸态相比,3.6 wt.%Al合金经550℃、72.25挤压比的热挤压处理后,强化相有了明显的取向,硬度下降了7%,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别升高了13.7%、11.5%、291%,摩擦系数、磨损率分别下降了13.6%、9.9%。(2)铸态下,随着Ni含量的增加,CuZnSiMn系合金组织中的强化相聚集,合金的力学性能及耐磨性能下降。经过550℃、72.25%挤压比的热挤压处理后,合金组织中的强化相分布均匀,聚集现象消失,随着Ni含量的增加,合金力学性能、耐磨性能提高,在Ni含量为2.0 wt.%时性能达到最优,与铸态对比,硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率分别提高了8.2%、30.8%、2.5%、292%,摩擦系数、磨损率分别降低1.1%、27.3%。对不同Ni含量挤压态合金进行13.6拉伸比的冷拉伸处理,热挤压+拉伸态合金组织中α相及强化相更加细小,合金力学性能及耐磨性能随着Ni含量的增加而提高,在Ni含量为2.0 wt.%时性能达到最优,与挤压态对比,硬度、抗拉强度、屈服强度分别提高38.7%、20.6%、182.8%,延伸率、摩擦系数、磨损率分别下降70.9%、1.9%、10.7%,所以CnZnSiMnNi系高强耐磨黄铜中最优性能合金为2.0 wt.%Ni的热挤压+冷拉伸态合金(MS6t)。(3)对性能最好的MS6t合金进行固溶处理,随着固溶温度的升高,合金组织中的强化相增多,α相先细化后变粗大,固溶温度在710℃时组织α相最细小,强化相析出最多,合金力学性能及耐磨性能达到最优。与未经固溶处理的MS6t合金对比,经过710℃固溶处理后,合金硬度、抗拉强度、延伸率分别提高3.3%、9.8%、97.5%,屈服强度、摩擦系数、磨损率分别下降31.7%、1.5%、15.2%;选用710℃固溶处理的MS710s合金进行不同温度时效处理,随着时效温度的升高,α相体积分数增加,在最低时效温度350℃时合金组织中的α相体积分数最小,与未进行时效处理的MS710s合金对比,硬度、抗拉强度、屈服强度分别提高了4.1%、1.5%、12.4%,力学性能达到最优;与未进行时效处理的MS710s合金对比,当时效温度在400℃时耐磨性能最好,摩擦系数、磨损率分别降低了5%、4.8%。
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