發(fā)布時(shí)間：2018-03-07 18:29

  本文選題：銅鎳合金　切入點(diǎn)：熱加工圖　出處：《北京有色金屬研究總院》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：耐磨銅合金由于其優(yōu)良的耐磨特性被用于制作齒輪、軸瓦、密封圈、液壓泵摩擦副、軸承等零部件,廣泛應(yīng)用在航空航天、軍事、石油化工、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外對(duì)常溫下應(yīng)用的耐磨銅合金,已形成了復(fù)雜黃銅、錫青銅、鋁青銅等工業(yè)化系列產(chǎn)品;與此同時(shí),一些銅鎳白銅合金也用來(lái)制作某些高強(qiáng)耐磨類(lèi)零件。近些年來(lái),隨著現(xiàn)代航空航天等領(lǐng)域的飛速發(fā)展,對(duì)耐磨銅合金在低溫環(huán)境條件下的綜合力學(xué)性能,尤其是低溫沖擊韌性提出了越來(lái)越高的要求。據(jù)國(guó)外報(bào)道,熱加工態(tài)銅鎳合金在液氮溫度下的沖擊功最高可達(dá)100J,而國(guó)內(nèi)對(duì)銅鎳合金低溫沖擊韌性方面尚未公開(kāi)報(bào)道。因此,研發(fā)一種在低溫下具有高沖擊韌性的銅鎳合金具有重要的意義。為了選取適當(dāng)?shù)臒峒庸すに噮?shù),研制開(kāi)發(fā)出具有綜合性能優(yōu)越的銅鎳合金,本文采用熱模擬機(jī)進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn),結(jié)合金相觀察,對(duì)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn銅鎳合金的高溫?zé)嶙冃涡袨�、顯微組織演變及高溫變形軟化機(jī)制進(jìn)行了研究。并根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論,基于動(dòng)態(tài)材料模型建立了銅鎳合金的熱加工圖,分析了其高溫變形特性。根據(jù)熱加工圖確定了銅鎳合金的熱鍛工藝參數(shù),制備出一種低溫超高韌銅鎳合金。主要結(jié)論如下:(1)銅鎳合金的流變應(yīng)力隨著變形溫度的升高而降低,隨著應(yīng)變速率的增大而增大;并且相比變形溫度,應(yīng)變速率對(duì)流變應(yīng)力行為的影響更加顯著。熱變形所需要的激活能為327.128kJ/mol。變形過(guò)程中的流變應(yīng)力與應(yīng)變速率、變形溫度及應(yīng)變之間的關(guān)系可以用Zener-Hollomon參數(shù)描述,實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算應(yīng)力的相對(duì)誤差在±8%以?xún)?nèi),表明本構(gòu)方程能較好地描述Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金的高溫流變行為。(2)基于動(dòng)態(tài)材料模型建立了 Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金的熱加工圖。熱加工圖的變化反映了在熱變形過(guò)程中,應(yīng)變速率、變形溫度都對(duì)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金的變形過(guò)程產(chǎn)生顯著的影響。結(jié)果表明Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金的失穩(wěn)區(qū)主要集中在低應(yīng)變速率區(qū)域,同時(shí)隨著應(yīng)變程度增大,失穩(wěn)區(qū)域逐漸增大,并由高溫區(qū)向低溫區(qū)遷移。在應(yīng)變速率是0.01s-1時(shí),隨著溫度的升高,再結(jié)晶晶粒數(shù)量增多,尺寸逐漸長(zhǎng)大,在溫度為900℃時(shí),再結(jié)晶晶粒尺寸最均勻;當(dāng)溫度升至950℃后,晶粒發(fā)生長(zhǎng)大。結(jié)合熱加工圖及顯微組織分析得出合金的最佳的熱變形參數(shù):變形溫度為830～950℃,應(yīng)變速率為0.01-0.056S-1。(3)根據(jù)熱加工圖結(jié)果,采用三鐓三拔工藝對(duì)銅鎳合金進(jìn)行熱鍛,始鍛溫度為1050℃,終鍛溫度為850℃,應(yīng)變速率為1s-1。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所制備的熱鍛態(tài)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金具有非常優(yōu)異的沖擊韌性,其室溫沖擊功Akv值高達(dá)278J,液氮溫度沖擊功Akv值高達(dá)260J,為傳統(tǒng)耐磨銅合金沖擊功數(shù)值的5倍以上。另一方面,該熱鍛態(tài)銅鎳合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率在室溫下分別為395MPa、240MPa、43%,在液氮溫度下分別為 575MPa、395MPa、55%。(4)實(shí)驗(yàn)表明,熱鍛態(tài)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金屬于不可熱處理強(qiáng)化型合金。該合金經(jīng)900℃固溶2h之后,晶粒尺寸變得均勻,合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別降至376MPa和138MPa,延伸率變化略有升高,為46.8%;室溫和液氮溫度下的沖擊功分別降至266J和232J,低溫下沖擊功的下降幅度更大。在進(jìn)行時(shí)效處理時(shí),時(shí)效處理的熱鍛態(tài)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金的硬度、強(qiáng)度、延伸率和沖擊功與固溶態(tài)合金的性能相似,時(shí)效時(shí)間與溫度對(duì)材料性能影響均不大。熱鍛態(tài)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金在直接浸入液氮中深冷處理不同時(shí)間之后,晶格常數(shù)變小,硬度值有小幅的提高,但不是時(shí)間越長(zhǎng)硬度越高;合金在低溫下具有較好的尺寸穩(wěn)定性。(5)Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金在干摩擦情況下,摩擦系數(shù)為0.74;加入MoS2潤(rùn)滑劑后摩擦系數(shù)降至0.12,說(shuō)明潤(rùn)滑劑有很好的潤(rùn)滑作用。Cu-Ni30-Fe-Mn-Zn合金的磨痕很寬,出現(xiàn)大面積的塑性變形、片狀剝落,屬于嚴(yán)重的粘著磨損,同時(shí)伴有輕微的磨粒磨損。在MoS2潤(rùn)滑摩擦條件下,銅鎳合金的磨痕變得較窄較淺,呈現(xiàn)犁溝形貌,屬于輕度粘著磨損。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.11

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本文編號(hào)：1580440