【摘要】：硅黃銅合金具有良好的力學(xué)性能、耐蝕性能、加工性能等優(yōu)異的綜合性能,從而成為制造業(yè)廣泛使用的工程材料。針對傳統(tǒng)鑄造工藝存在的難以成型形狀復(fù)雜、薄壁的個性化工程零件,且存在生產(chǎn)周期長、模具成本高的局限性。而選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術(shù)以其獨特的技術(shù)優(yōu)勢,有望解決以上鑄造硅黃銅合金及其產(chǎn)品存在的問題,擴大其應(yīng)用范圍。然而,適合SLM工藝的合金組成元素通常需要滿足激光吸收率較高、導(dǎo)熱系數(shù)較低、不含低沸點揮發(fā)性元素等三個基本物性要求。毫無疑問,硅黃銅合金不滿足這三個基本物性要求。有鑒于此,本文開展了高強硅黃銅合金的選區(qū)激光熔化工藝優(yōu)化與組織性能研究,以期破解以上形狀復(fù)雜硅黃銅合金的制備難題與SLM的工藝難題。首先,采用霧化法制備硅黃銅粉末,采用篩網(wǎng)及氣流分級處理,得到粒度分布為15～53μm、平均粉末尺寸為27.87μm的球形硅黃銅合金粉末。XRD和SEM分析表明,粉末由面心立方結(jié)構(gòu)(fcc)的a-Cu(Zn,Si)相和密排六方結(jié)構(gòu)(hcp)的Cu7Si相組成,粉末內(nèi)部由柱狀晶和胞狀晶組成。因含有易揮發(fā)性的鋅元素,故在SLM成型硅黃銅合金的過程中存在明顯的氣體揮發(fā)和粉末飛濺現(xiàn)象,揮發(fā)氣體由71.2 vol.%的ZnO和28.8 vol.%的α-Cu組成。激光功率與掃描速率對SLM硅黃銅合金的致密度和表面粗糙度有重要影響。得到的最佳工藝參數(shù)為:激光功率190W,掃描速率200mm/s,鋪粉厚度30μm,掃描間距80μm,其成型件致密度高達98.8%,表面粗糙度為11.5μm。隨后,在最佳工藝參數(shù)下通過SLM技術(shù)成型高強硅黃銅合金,合金試樣由fcc的α-Cu(Zn,Si)相和hcp的Cu7Si相組成,存在著明顯的(100)織構(gòu),微觀結(jié)構(gòu)為胞狀晶和柱狀晶混合組織。TEM分析表明其微觀結(jié)構(gòu)為晶粒尺寸80-210 nm的等軸晶Cu7Si彌散分布在晶粒尺寸350-700 nm的等軸晶α-Cu相晶界,且等軸晶α-Cu中包含大量納米尺寸的孿晶。EBSD分析表明試樣中存在典型的高斯織構(gòu){110}001。拉伸力學(xué)性能測試表明,其呈現(xiàn)出275 MPa的屈服強度,371.5MPa的抗拉強度,7.5%的斷裂塑性,156HV的顯微硬度,且屈服強度和顯微硬度遠(yuǎn)高于同成分鑄造合金。電化學(xué)腐蝕結(jié)果表明SLM成型硅黃銅合金耐腐蝕性能優(yōu)于同成分鑄造合金。最后,研究了退火溫度和保溫時間等熱處理工藝對SLM硅黃銅相組成、顯微組織、微觀織構(gòu)、力學(xué)性能、電化學(xué)腐蝕性能等的影響規(guī)律。退火處理后,Cu7Si相完全固溶于α-Cu(Zn,Si)基體中,微觀形貌由退火前的胞狀晶和柱狀晶混合組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶組織和退火孿晶,試樣中初始織構(gòu)減弱,退火處理試樣發(fā)生小角度晶界向大角度晶界的轉(zhuǎn)變。同時,隨著退火溫度和保溫時間的增加,試樣中大角度晶界的比例逐漸增加,且在850℃退火(保溫1h)和保溫4h(600℃)時達到最大值,分別為98.36%和93.36%;Σ3晶界的比例也逐漸增加,顯微硬度逐漸降低,斷裂塑性逐漸提高,電化學(xué)腐蝕性能逐漸提高�？傊�,本課題針對不滿足以上三個基本物性要求的硅黃銅合金,通過實驗探索優(yōu)化出高強硅黃銅合金的SLM制備工藝,進而通過熱處理工藝進一步改善SLM硅黃銅合金的組織性能。因此,本研究可顯著拓展SLM技術(shù)適用的合金成分范圍與硅黃銅合金的應(yīng)用領(lǐng)域,具有重要的科學(xué)與工程意義。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG665

【參考文獻】

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本文編號：2721486