Bi、Sb对ZA27合金组织和性能的影响

论文摘要

锌铝合金以其优良的耐磨、减磨性和良好的综合机械性能已成为铜合金的理想替代材料,特别是在低速、重载、不良润滑条件下用高Al锌基合金（ZA27）替代铜合金有良好的效果。目前锌基合金使用中存在的较大问题之一是合金的尺寸稳定性差（俗称“老化”）,随合金中Al含量的提高而愈加严重,这一状况不但影响ZA27合金的使用,同时限制了Al>27%的高Al锌基合金的开发。本文通过在ZA27合金中添加不同含量的Bi、Sb元素,利用JB-300B冲击实验机、TH160里氏硬度计、SHD-A红外线电烘箱、M2000磨损试验机、Rigakud/max-2500型XRD衍射仪、4XC双目金相显微镜对合金的组织和性能进行了研究。这一研究具有创新性。主要研究结论如下:1、Bi在ZA27合金中与Zn、Al形成偏晶转变,Bi在Zn基合金中不形成化合物相,而以纯Bi相独立存在于基体中,含Bi的ZA27合金组织由α（Al）、η（Zn）、ε（CuZn5）及Bi相组成。2、随ZA27合金中Bi含量的提高,合金的硬度、无润滑条件下的耐磨性、尺寸稳定性提高、韧性下降。Bi在Zn基合金中以单质的独立相存在,Bi显著提高锌基二元及ZA27合金的尺寸稳定性,是由于Bi具有热缩冷胀的物理性能和良好的自润滑性特性决定的。加入1.5%的Bi时ZA27合金的尺寸变化量最小,尺寸稳定性提高了69%,耐磨性提高18.3%。3、Sb在Zn及ZA27合金中几乎不溶,以高熔点的硬质SbAl化合物出现,含Sb的ZA27合金组织由α（Al）、η（Zn）、SbAl和ε（CuZn5）组成。Sb在Zn基合金中形成条块状Sb、Al化合物,具有钝化α枝晶、细化合金组织的作用。4、Sb在ZA27合金中与Al形成AlSb化合物相,SbAl相提高ZA27合金的强硬性、降低合金的塑韧性。在重载无润滑条件下含0.5%Sb的ZA27合金的滚动磨损量减少了59%,提高了合金的耐磨性。Sb有效的提高ZA27合金的尺寸稳定性,是由于Sb化合物相形成时消耗了合金中的部分Al,减少了膨胀量较大的α相数量所导致。在含1.0%Sb时,ZA27合金的尺寸稳定性提高81%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 锌铝合金的发展
• 1.1.1 国内发展状况
• 1.1.2 国外发展状况
• 1.1.3 锌及锌铝合金的发展动态
• 1.2 锌铝合金的基本特性和应用
• 1.2.1 成分、组织
• 1.2.2 性能特点
• 1.2.3 合金元素的作用
• 1.2.4 锌铝合金的处理工艺
• 1.2.5 锌铝合金的应用
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 合金化理论
• 2.1 合金中的相
• 2.1.1 相的分类
• 2.1.2 影响相结构的因素
• 2.2 合金中的相结构
• 2.2.1 固溶体
• 2.2.2 金属化合物
• 2.3 合金强化机理
• 2.3.1 固溶强化
• 2.3.2 第二相强化（析出强化）
• 2.3.3 弥散强化
• 2.3.4 时效强化
• 2.3.5 细晶强化（晶界强化）
• 2.4 本论文所用合金相图
• 第三章 试验方法及分析手段
• 3.1 试验条件
• 3.1.1 试验目的
• 3.1.2 试验材料选取
• 3.1.3 试验仪器
• 3.2 合金成分设计
• 3.3 合金的制备工艺
• 3.3.1 熔炼前的准备
• 3.3.2 熔炼工艺
• 3.4 微观分析
• 3.4.1 金相显微分析
• 3.4.2 XRD（X-Ray Diffraction）分析
• 3.5 性能测试
• 3.5.1 显微硬度测试
• 3.5.2 冲击韧度测试
• 3.5.3 尺寸稳定性测试
• 3.5.4 耐磨性测试
• 第四章 Bi 对ZA27 合金组织和力学性能的影响
• 4.1 Bi 含量对ZA27 合金显微组织的影响
• 4.2 Bi 含量对ZA27 合金力学性能的影响
• 4.2.1 Bi 含量对ZA27 合金硬度、冲击韧度的影响
• 4.2.2 Bi 含量对ZA27 合金尺寸稳定性的影响
• 4.2.3 Bi 含量对ZA27 合金耐磨性的影响
• 4.3 小结
• 第五章 Sb 对ZA27 合金组织和力学性能的影响
• 5.1 Sb 含量对ZA27 合金显微组织的影响
• 5.2 Sb 含量对ZA27 合金力学性能的影响
• 5.2.1 Sb 含量对ZA27 合金硬度、冲击韧度的影响
• 5.2.2 Sb 含量对ZA27 合金尺寸稳定性的影响
• 5.2.3 Sb 含量对ZA27 合金耐磨性的影响
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢
• 个人简况