多元合金化对锌铝合金性能的影响

论文摘要

本文以ZA27合金为基体合金,复合添加Ni-Ti的量不变,改变Si和RE含量,制备出ZA27-Si-RE合金。利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等多种现代分析手段,研究了加入微量元素Si和RE后ZA27合金的微观组织、生成相形态及分布,测试了合金的力学性能、室温油润滑摩擦磨损性能,并分析了相关的作用机制。加入Si和RE后ZA27合金的SEM分析结果表明,复合加入Si和RE后,部分的树枝晶逐渐转变成短轴晶存在。晶间析出相连续性较好且分布均匀。Si颗粒主要以多边形存在于基体组织中,分布较均匀。RE主要分布于晶界处和枝晶间。从形貌看,多数块状、粒状,少许星形状,当含量继续增大时会聚集成长条状和大块状,有的贯穿于晶粒内部。经固溶时效后,原来的细层片组织已基本消失。同时组织中出现了粒状晶,整个组织由粗层片状和粒状晶组成。合金的力学性能实验结果表明,随着复合添加Si和RE量的增加,合金的抗拉强度、伸长率呈下降趋势,硬度则呈现先增后降的趋势。当复合加入2.7wt%Si和0.08wt%RE时,抗拉强度和伸长率分别为359 MPa和3.1%。当复合加入3.5wt%Si和0.14wt%RE时,合金的硬度值为126HB,较基体合金提高了8.6%。拉伸断口的SEM形貌分析表明,合金的断裂形式为部分韧窝+部分准解理的混合型断裂。合金的室温油润滑摩擦磨损实验结果表明,加入Si、RE后合金的耐磨性能明显提高。当复合加入3.5wt%Si和0.14wt%RE后,相同载荷下,相同时间内合金的磨损量较未添加任何元素的锌铝合金有明显的减少,摩擦系数较低,摩擦稳定性提高。由合金磨损表面形貌分析可知,在油润滑条件下,低载荷情况下,ZA27合金的磨损形式为磨粒磨损,随着载荷的增大,磨粒磨损特征减弱,粘着磨损的特征更加明显,在较大载荷下合金的磨损机制为磨粒磨损+粘着磨损。经固溶时效处理后,合金的组织和力学性能均有较大改善。随着时效时间的延长,合金的组织由原先的羽毛状细层片组织逐渐转变为粗层片状和粒状晶组成。经100℃时效后合金磨损量降低,且随着时效时间延长,耐磨性能逐渐改善。经6h时效后,复合添加Si:3.5wt%、RE:0.14wt%的合金,在300N、600N、900N正压力下的磨损量分别比未经时效处理的合金磨损量下降了24%、21%、25%。硬度值则提高了8.0%为136HB。复合添加Si:2.7wt%、RE:0.08wt%的合金经时效处理后抗拉强度和型变量可达到397MPa和3.4%,同比提高了10.5%和9.6%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 锌铝合金发展概述
• 1.2 锌铝合金性能特点及研究现状
• 1.2.1 锌铝合金的组成及显微组织
• 1.2.2 锌铝合金的成型工艺及熔化特点
• 1.2.3 锌铝合金的凝固特性
• 1.2.4 锌铝合金的力学性能
• 1.2.5 锌铝合金的摩擦磨损性能
• 1.2.6 锌铝合金的热膨胀性能
• 1.3 现存问题和发展方向
• 1.3.1 锌铝合金的晶间腐蚀
• 1.3.2 热处理对锌铝合金组织和性能的影响
• 1.3.3 锌铝合金的高热强性
• 1.3.4 锌铝合金的摩擦磨损性能
• 1.4 锌铝合金的应用
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 试验方案、内容及过程
• 2.1 试验方案
• 2.2 试验材料的制备
• 2.3 合金的组织结构分析
• 2.3.1 合金的组织分析
• 2.3.2 扫描电镜及电子探针分析
• 2.4 锌铝合金性能测试
• 2.4.1 硬度测试
• 2.4.2 室温力学性能测试
• 2.4.3 室温摩擦磨损性能测试
• 第三章 锌铝合金的凝固组织和力学性能
• 3.1 Zn-Al合金结晶特点
• 3.2 ZA27合金铸态组织
• 3.3 复合添加多元合金后锌铝合金的微观组织
• 3.4 复合添加Si和RE后的锌铝合金的力学性能
• 3.4.1 力学性能
• 3.4.2 拉伸断口形貌
• 3.5 锌铝合金的断裂机制
• 3.6 本章小结
• 第四章 锌铝合金的摩擦磨损性能
• 4.1 引言
• 4.2 复合添加Si和RE对锌铝合金摩擦磨损性能的影响
• 4.2.1 复合添加Si和RE对锌铝合金磨损量的影响
• 4.2.2 复合添加Si和RE的锌铝合金摩擦系数的影响
• 4.3 添加Si、RE的锌铝合金磨损表面形貌
• 4.4 锌铝合金的磨损机制
• 4.4.1 锌铝合金的磨粒磨损机制
• 4.4.2 锌铝合金的粘着+磨粒磨损机制
• 4.5 本章小结
• 第五章 固溶时效对合金性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 固溶时效对合金组织的影响
• 5.3 固溶时效对合金耐磨性的影响
• 5.4 固溶时效对合金力学性能的影响
• 5.5 多元合金化后锌铝合金的强化机理
• 5.5.1 位错强化
• 5.5.2 增强相弥散强化
• 5.5.3 固溶强化
• 5.6 本章小结
• 第六章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文