稀土对ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金性能的影响

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本文通过在ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金中添加不同含量的稀土,制备出合金试样;利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等多种现代分析手段,研究了添加不同含量稀土对铝青铜合金晶粒、软/硬相相对组成比例及分布的影响;用CMT5205微机控制电子万能拉伸机测试铝青铜合金的力学性能,分析了不同成分合金的断裂机制;用M-2000型磨损试验机对铝青铜合金进行了油润滑条件下的磨损试验,分析了不同载荷下不同成分合金的摩擦耐磨性能和磨损机理。  实验结果表明:未加稀土的ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金室温组织中易于出现带有尖端的长条状α相,κ相颗粒易区域聚集或呈链条状析出,β相多以其共析分解α+γ2相存在而β相数量较少。添加适量的稀土即可显著细化合金的晶粒,改善区域偏析,改变软/硬相组成比和分布。0.08%的稀土添加量对合金有最好的细化效果,原铸态中呈链状析出的κ相变的均匀弥散,β相数量显著增加,此时合金的晶粒大小、软/硬相组成比和分布符合微观组织与力学性能和摩擦磨损性能的关系,合金具有优异的综合力学性能和摩擦磨损性能。添加过量的稀土则会减弱稀土对合金的有益作用,晶粒粗化,κ相趋于聚集析出,β相数量减少,影响合金的力学性能和摩擦磨损性能。  适量的稀土对ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金熔液有很好的净化作用,可以显著提高合金的综合力学性能,随稀土含量的增加,合金的拉伸断裂类型由以准解理断裂为主向以韧窝断裂为主转变,伸长率显著提高,而抗拉强度和硬度呈现先增加后减小的规律变化。加入0.08%的稀土,合金具有最优的综合力学性能,与未加稀土的合金相比,伸长率、抗拉强度、显微硬度,分别提高了27.8%、5.4%、22.4%。  加入适量稀土后,ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金的磨损性能得到很大的提高,随着稀土加入量的增加,合金耐磨性能的提高先增加后减小。与未加稀土的合金相比,加入0.08%稀土的合金在300N、600N、900N、1200N四种载荷下的磨损量分别减少了19mg、29mg、32mg、68mg,此时合金有最优的耐磨性能。对各载荷下各合金的磨损机理分析可知,添加0.08%稀土的合金在这四种载荷下的主要磨损机理均为磨粒磨损,磨面成分变化较小。与之相比,未加稀土合金的磨损机理随载荷的增加变化很大,300N时为严重的磨粒磨损,600N时的为较严重的黏着磨损,900N时为严重的疲劳磨损,1200N时为严重的黏着磨损,磨面成分变化很大,且外加载荷越大,磨面成分的变化越大。研究认为,加入适量稀土的合金中均匀弥散的硬质相在受载时起均布载荷作用,合金承载能力增加,强度、硬度的提高减轻了黏着现象,塑性的提高抑制疲劳磨损的加重,添加0.08%稀土的合金具有优异的耐磨性能。
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