本文關鍵詞： 鋁鎳青銅 模具材料 組織與性能 固溶時效 摩擦磨損　出處：《江蘇科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：在現(xiàn)代工業(yè)生產中,采用模具成型生產的零部件,具有質量好、成本低、生產效率高、節(jié)省原材料和節(jié)省能源等優(yōu)點,因而被廣泛應用于工業(yè)生產的各個領域,已經成為現(xiàn)代工業(yè)生產的重要手段和工藝發(fā)展方向,對模具材料的性能要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的合金鋼模具材料,由于其導熱性能低、抗熱疲勞性和精密加工性能較差,不能滿足某些模具材料的實際使用要求。目前,歐美等發(fā)達國家及國內一些單位已經研究開發(fā)了一些銅合金模具材料,用于金屬與非金屬成型的拉伸、壓延、擠壓和鑄造等模具,特別是銅合金模具材料在高分子塑料及不銹鋼制品成形等方面得到了廣泛應用。我國對新型銅合金模具材料的研究由于受到工藝、設備等方面的限制,目前還沒有完全實現(xiàn)銅合金模具的國產化。本文根據鋁青銅合金具有硬度高,耐磨性、減磨性好,拉伸及抗壓強度高,剛性穩(wěn)定、不易變形、且有一般銅合金所具有高的熱傳導性、散熱快等優(yōu)良綜合性能的特點。在研究合金元素對銅合金組織與性能影響的基礎上,自行設計研制了一種新型鋁鎳青銅模具材料,并利用非真空高頻感應爐進行合金熔煉和鑄造試驗。采用金相顯微鏡、SEM、布氏硬度計、激光閃射儀、電子萬能試驗機等手段研究了不同含量幾種主加元素Al、Ni、Fe對該新合金組織和性能的影響,獲得一種綜合性能優(yōu)良的新型鋁鎳青銅模具材料,并探討了不同熱處理工藝和摩擦磨損試驗參數(shù)對該合金組織與性能的影響。研究結果表明:不同含量的Al、Ni、Fe元素通過改變新型合金組織中的α相、β′相、γ2相、κ相的形態(tài)、數(shù)量和分布來影響該合金的性能。隨著鋁含量的增加,合金的抗拉強度先上升后下降,布氏硬度連續(xù)上升,延伸率降低,磨損量先降低后升高;隨著鎳含量和鐵含量的增加,合金的抗拉強度、布氏硬度和延伸率都是先升高后降低,其磨損量先降低后升高。在鋁含量11.5%、鎳含量3.0%和鐵含量3.0%時,該新型合金表現(xiàn)出較高的強度和硬度,良好的塑韌性和優(yōu)異的耐磨性。新型鋁鎳青銅模具材料的最佳設計成分為:Al 11.5%、Ni 3.0%、Fe 3.0%、Mn 1.5%、B 0.15%、Zn 0.3%,其余為Cu。該合金的鑄態(tài)組織主要由α相、β′相、γ2相和κ相組成,組織中存在嚴重的枝晶偏析,κ相分布不均勻,(α+γ2)共析體較多,組織粗大。其抗拉強度為737 MPa,布氏硬度為287 HBW,延伸率為5.9%,熱導率為76 W/m·k,磨損量為1.34 mg。經最佳熱處理強化工藝(940℃×2.5 h水冷固溶+540℃×3.5 h空冷時效)處理后,該新型合金的抗拉強度為896 MPa,布氏硬度為415 HBW,延伸率為10.7%,熱導率為94 W/m·k,磨損量為0.83 mg,與鑄態(tài)合金相比,固溶時效態(tài)合金具有更高的強度和硬度、良好的塑韌性、優(yōu)異的導熱性和耐磨性。在不同熱處理工藝的新型合金摩擦磨損過程中,隨著試驗溫度、干滑動速度和加載力的增加,該合金的磨損量都是呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢,而且固溶時效態(tài)的磨損量曲線始終位于鑄態(tài)的下方;鑄態(tài)合金的平均摩擦系數(shù)曲線都在較大范圍內波動,而固溶時效態(tài)合金的平均摩擦系數(shù)在較小的范圍內波動,曲線較平緩且近似一條直線,且其平均摩擦系數(shù)都要低于鑄態(tài)合金。鑄態(tài)合金的磨損機理在低溫時主要為磨粒磨損,在高溫時主要為粘著磨損,在低速區(qū)時為剝離磨損和少量的氧化磨損,在高速區(qū)時為粘著磨損,在低加載力時為磨粒磨損和氧化磨損,在高加載力時為粘著磨損。而固溶時效態(tài)合金的磨損機理在低溫時主要為磨粒磨損,在高溫時主要為氧化磨損和粘著磨損,在低速區(qū)時為氧化磨損,在高速區(qū)時為剝離磨損,在低加載力時為磨粒磨損,在高加載力時為疲勞磨損和磨粒磨損。
[Abstract]:On the basis of studying the influence of alloy elements on the microstructure and properties of the copper alloy , a new type of aluminum - nickel bronze mould material has been developed . With the increase of Ni content and Fe content , the tensile strength , hardness and elongation of the alloy were decreased firstly . The results showed that the tensile strength was 737 MPa , Ni 3.0 % , Fe 3.0 % , Mn 1.5 % , B 0.15 % , Zn 0.3 % , and the rest is Cu . In the process of friction and wear of the new alloy , the wear mechanism of the alloy is generally lower than that of the cast alloy . The wear mechanism of the alloy during the high temperature is always under the casting state . The wear mechanism of the solid solution aging alloy is the wear of the abrasive particles at low temperature . The wear mechanism of the solid solution aging alloy is the wear of the abrasive particles at low temperature .

【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG76;TG146.11

【參考文獻】

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1 楊景茹;劉琳;任艷軍;劉建華;張瑞軍;;高壓和熱處理對鋁青銅微觀組織的影響[J];高壓物理學報;2008年03期

2 劉陽;路陽;袁利華;李曙;;新型高鋁青銅的組織及耐磨性[J];金屬熱處理;2007年04期

3 盧吉連;我國模具鋼應用技術現(xiàn)狀與發(fā)展[J];模具技術;2000年06期

4 徐建林,王智平;鋁青銅合金的研究與應用進展[J];有色金屬;2004年04期

5 陳瑞萍;梁澤欽;張衛(wèi)文;張大童;羅宗強;李元元;;Effect of heat treatment on microstructure and properties of hot-extruded nickel-aluminum bronze[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2007年06期

6 林高用;曾菊花;王莉;金一偉;宋佳勝;;新型Cu-Al-Fe-Ni變形鋁青銅的固溶和時效強化[J];中國有色金屬學報;2012年06期

7 戴安倫;嚴高闖;朱治愿;朱凱;陳惠;牛文明;;新型高鋁青銅合金Cu-12Al-X在高溫下的摩擦磨損行為[J];中國有色金屬學報;2013年11期

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本文編號：1468503