本文關(guān)鍵詞：Si、Cu元素與熱處理對Al-30Zn高鋅鋁合金組織及性能的影響　出處：《鄭州大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：鑄造鋅鋁合金的突出優(yōu)點是,價格便宜成本低、硬度強度高、尺寸穩(wěn)定性較好,可自然時效強化,無需熱處理即可直接替代傳統(tǒng)耐磨材料(Sn基或Pb基巴氏合金、錫青銅合金和球墨鑄鐵等),制造軸套、軸承等耐磨件。同時,鋅鋁合金密度較低、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率適中、極限抗拉強度高、承載性好、無磁性以及碰撞時不產(chǎn)生火花,以及一些其它的獨特性能。但是,鋅鋁合金易晶間腐蝕,加快腐蝕磨損及老化失效,高溫時其力學性能急劇下降、摩擦系數(shù)增大、熱穩(wěn)定性變差等,長期以來極大的限制了其廣泛應(yīng)用。為了改善鋅鋁合金的這些缺陷,獲得耐蝕性、高溫耐磨性均優(yōu)異的合金,本文以Al-30Zn合金為基礎(chǔ)合金,添加合金元素Si、Cu,結(jié)合硬度試驗、室溫拉伸試驗、熱穩(wěn)定性試驗、沖擊韌性試驗、摩擦磨損試驗、電化學試驗及浸泡試驗,系統(tǒng)研究了Si、Cu元素對Al-30Zn高鋅鋁合金顯微組織、機械性能、熱穩(wěn)定性能、耐磨性能和耐腐蝕性能的影響;探討了均勻化熱處理對Al-30Zn-3Si-2Cu高鋅鋁合金顯微組織、力學性能及耐磨性能的影響。得到主要結(jié)論如下:Al-30Zn高鋅鋁合金鑄態(tài)微觀組織,由初生富鋁α樹枝晶、共析(α+η)相組成。添加適量Si元素,組織中出現(xiàn)硬質(zhì)共晶Si相,當超過3.0wt.%Si時,共晶Si相變粗變大,產(chǎn)生微觀偏析,同時析出塊狀初晶硅相,且隨著Si含量增加,其數(shù)量變多,形態(tài)惡化。隨著Si元素含量的增加(Si含量小于3.0wt.%),顯微硬度隨之提高,高溫強度得到較大改善,高溫下尺寸更加穩(wěn)定,磨損量減小,合金耐磨性能提高,但會降低合金韌塑性。同時,隨著Si含量的增加,Al-30Zn高鋅鋁合金自腐蝕電位將正移,腐蝕傾向雖減小,但會增加腐蝕微電池數(shù)量,增大腐蝕速率,加重晶間腐蝕,電化學性能呈降低的趨勢。Al-30Zn-3Si高鋅鋁合金添加適量Cu元素,組織中析出富銅θ(CuAl2)相,彌散分布在晶界及晶界附近,明顯細化Al-30Zn-3Si合金的晶粒,增加組織的均勻化程度,當超過2.0wt.%Cu時,富銅θ(CuAl2)相增多,顆粒尺寸變大,已無法彌散分布,開始呈網(wǎng)狀分布。隨著Cu元素含量的增加(Cu含量小于2.0wt.%),合金的顯微硬度、抗拉強度、耐磨性能均獲得較大提升,但會削弱合金韌塑性;添加適量Cu元素,使自腐蝕電位正移,降低腐蝕傾向,同時降低腐蝕速率,改善Al-30Zn-3Si合金耐蝕性能,但隨著Cu元素含量的增加,析出的θ相連成網(wǎng)狀,使基體中各相的電極電位差變大,從而增加腐蝕微電池數(shù)量,促進晶間腐蝕。鑄態(tài)Al-30Zn-3Si-2Cu高鋅鋁合金,韌塑性比較低,經(jīng)400℃/10h均勻化退火后,裂紋、縮孔、位錯堆積、晶內(nèi)成分偏析及枝晶偏析等微觀缺陷明顯減少,共析組織呈細片狀,共晶Si相、θ相發(fā)生斷裂、球化,均勻彌散分布在晶界及晶界附近處,低熔點共晶物幾乎消失,其強度硬度較鑄態(tài)時稍低,但塑性及沖擊韌性得到了較大的提高,伸長率(5.59%)約是鑄態(tài)(3.35%)的1.67倍,且合金的耐磨性也得到了進一步的提,綜合性能較好。
[Abstract]:The outstanding advantages of casting zinc Aluminum Alloy is cheap, low cost, high hardness and strength, good dimensional stability, natural aging strengthening, direct replacement of traditional wear resistant materials without heat treatment (Sn base or Pb base bearing alloy, tin bronze alloy and nodular cast iron), making sleeve, bearing wear parts. At the same time, zinc Aluminum Alloy low density, thermal conductivity and electrical conductivity is moderate, high tensile strength, good bearing capability, no spark is generated without magnetic, collision, and other unique properties. However, zinc Aluminum Alloy easily intergranular corrosion, wear and corrosion and high temperature aging, the mechanical properties of sharp fall, the friction coefficient is increased, the thermal stability becomes poor, long time greatly limit its application. In order to improve the defects of zinc Aluminum Alloy, obtain excellent corrosion resistance, high temperature wear resistance alloy, on the basis of Al-30Zn alloy Alloy, alloying elements Si, Cu, and hardness test, tensile test and thermal stability test, impact toughness test, friction wear test, electrochemical test and immersion test system of Si, Cu elements on the properties of Al-30Zn high zinc Aluminum Alloy microstructure, mechanical, thermal stability, impact resistance and corrosion resistance performance; discusses the homogenization heat treatment of Al-30Zn-3Si-2Cu high zinc Aluminum Alloy microstructure effect, mechanical properties and wear resistance performance. The main conclusions are as follows: as cast microstructure of high zinc Aluminum Alloy Al-30Zn, composed of primary aluminum rich alpha dendrite, eutectoid (alpha + ETA) phase. The addition of Si element, phase the rigid Si eutectic organization, when more than 3.0wt.%Si, the coarse eutectic Si phase change, micro segregation and precipitation at the same time the bulk primary silicon phase, and with the increase of Si content, the number, morphology deteriorated. With the increase of Si content ( The content of Si is less than 3.0wt.%), the micro hardness increases, high temperature strength has been greatly improved, the size is more stable under high temperature, wear rate decreases, improve the wear resistance of the alloy, but lower alloy plasticity. At the same time, with the increase of Si content, high zinc Aluminum Alloy Al-30Zn corrosion potential positive shift, although the corrosion tendency reduce, but will increase the number of micro corrosion cell, increase corrosion rate increase, intergranular corrosion, electrochemical properties of.Al-30Zn-3Si showed a trend of high zinc Aluminum Alloy reduced adding Cu element, in precipitation of Cu rich phase dispersion, theta (CuAl2) distributed on the grain boundary and grain refinement of Al-30Zn-3Si alloy, and increase the uniform the degree of organization, when more than 2.0wt.%Cu, copper rich theta (CuAl2) phase increased, particle size change, has not dispersed, a mesh distribution. With the increase of Cu content (Cu content less than 2.0wt.%), the microstructure of alloy The hardness, tensile strength and wear resistance are greatly improved, but will weaken the alloy plasticity; adding Cu element, the self corrosion potential, reduce corrosion, and the corrosion rate decreased, improve the corrosion resistance of Al-30Zn-3Si alloy, but with the increase of Cu content, the precipitation of theta phase into the net, the matrix electrode potential of each phase difference, thus increasing the number of micro corrosion cell, promote intergranular corrosion. Al-30Zn-3Si-2Cu cast high zinc Aluminum Alloy, toughness is relatively low, with 400 DEG /10h after homogenizing annealing, crack, shrinkage, dislocation accumulation, intragranular segregation and dendrite segregation microstructure the defect was significantly reduced, eutectoid fine flake, eutectic Si phase, theta phase fracture, spherical, uniform distribution near the grain boundary and grain boundary, the eutectic almost disappeared, the strength of the as cast hardness is slightly lower, but the plasticity and impact toughness is gained. The elongation rate (5.59%) is about 1.67 times that of the cast state (3.35%), and the wear resistance of the alloy has been further raised, and the comprehensive performance is better.

【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.21;TG166.3

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本文編號：1397717