稀土对ZA43合金组织及性能的影响

论文摘要

锌合金是以锌为基础加入一定的Al和Cu及其它微量元素Mg、Mn、Si、B、Re的有色金属。该合金为过饱和固溶体,固溶强化作用明显。其中之一的高铝锌合金是近20多年迅速发展的一种新型铸造有色合金。高铝锌合金价格低廉,力学性能良好,减摩耐磨性能优越,是铜合金的理想代用品,其主要特点是取代铜合金制作减摩耐磨零件。目前以锌代铜是我国的资源政策的重点,将成为世界性有色合金用材的新格局。本文针对目前研制的ZA43合金存在着强度、硬度不高,耐磨性不够好,还无法满足该合金的某些使用性能的问题,通过把稀土按一定的百分比添加到高铝锌合金ZA43中作变质剂来系统研究该合金组织、性能,达到改善和提高其综合力学性能及耐磨性,实现高铝锌合金优异的减摩耐磨性能的目的。通过加入稀土RE对ZA43合金进行变质处理,研究了该合金的化学偏析、显微组织、合金中稀土的存在形式、力学性能及抗磨性能。研究结果表明:1、ZA43铸造试样的上端和头的Al含量分别为40.70%、41.1 3%,经添加0.15%的稀土变质ZA43的上端和头的Al含量分别为41.22%、41.26%;说明在ZA43合金中加入适量稀土RE,以引进异质晶核的形式使ZA43合金变质,能有效的阻止树枝状枝晶长大,优化组织结构,细化晶粒。2、通过电子探针的扫描背散射电子成像分析技术对样品的各相结构进行分析,并利用选区成份分析技术对各相的元素进行分析,重点研究了变质ZA43合金铸态组织中含量0.15%的混合稀土的存在形式。发现稀土元素主要分布于该合金组织的晶界,并以固溶和稀土化合物的形式存在,在枝晶中心和枝晶边缘内没有发现稀土元素。稀土在α相的边缘含量较低,在η相中没有。说明合理变质剂稀土的加入,可减小化学偏析、变质合金组织细化均匀。3、力学性能测试显示,稀土变质剂RE在0.05%～0.15%时使ZA43合金的硬度、抗拉强度大幅度提高,延伸率有所改善;稀土含量在0.15%时,该合金的综合力学性能最好。稀土含量超过0.15%时,抗拉强度随稀土的含量增大而呈递减的趋势。随着稀土含量的增加,ZA43合金磨损减小、摩擦系数μ变小。当稀土含量大于0.05%时,该合金摩擦磨损性能优于ZQSn6-6-3,完全可作为铜合金的优良代用材料,将使以锌代铜制作减摩耐磨零件获得巨大的经济和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高铝锌合金国内外研究的状况水平
• 1.2 高铝锌合金的特点与性能
• 1.2.1 高铝锌合金中稀土的作用
• 1.2.2 高铝锌合金的性能
• 1.2.3 ZA43合金的主要合金元素与有害杂质
• 1.3 高铝锌合金ZA43的应用
• 1.3.1 轴瓦、轴套
• 1.3.2 蜗轮
• 1.3.3 摩擦压力机主螺母
• 1.3.4 ZA43合金压铸件的应用
• 1.3.5 锌合金型材
• 1.4 本文研究的内容、目的及意义
• 第二章 高铝锌合金物理冶金基础
• 2.1 金属锌
• 2.2 Zn-Al二元系
• 2.2.1 Zn-Al相图
• 2.2.2 Zn-Al中的相
• 2.2.3 Zn-Al二元系的一次结晶组织
• 2.3 Zn-Cu-Al三元系
• 2.3.1 Zn-Cu-Al相图
• 2.3.2 Zn-Cu-Al三元系的相
• 2.3.3 高铝锌合金ZA 43的一次共晶过程和室温组织
• 2.4 ZA43合金的固态相变
• 2.4.1 高铝锌合金的共析转变
• 2.4.2 过饱和亚稳相的分解
• 第三章 实验材料和研究方法
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验及检测设备
• 3.3 实验过程
• 3.4 力学性能测试方法
• 第四章 稀土对ZA43合金化学偏析及微观组织的影响分析
• 4.1 稀土对ZA43化学偏析的影响
• 4.2 组织分析
• 4.2.1 金相组织
• 4.2.2 共晶（析）体形态和数量
• 4.3 稀土的形貌及存在方式
• 4.3.1 结构分析
• 4.3.2 合金中各相元素的成分分析
• 4.4 ZA43合金X-射线衍射分析
• 第五章 稀土对ZA43力学性能与耐磨性能的影响分析
• 5.1 ZA43合金的硬度与拉伸性能
• 5.2 ZA43合金抗磨损性能
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 进一步工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录（攻读学位期间发表论文目录）