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多元铝青铜组织与强韧性关系的研究

作　者: 袁泽
导　师: 路阳；耿志军
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 多元铝青铜熔炼组织性能退火固溶时效
分类号: TG146.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

近年我国板式换热器行业进口引用了一种高铝青铜模具，可替代35CrMo等铁基合金钢模具。由于该铝青铜模具材料具有强度高、耐磨性好和摩擦系数小等特性，是挤压和拉伸不锈钢器皿的优秀材料。为实现模具材料Cu-wt％Al14-X合金的国产化，本文进行了该合金的组织与强韧性关系等方面的研究：1．采用适合高铝青铜熔炼的共装熔炼方法，改变了传统的先熔化高熔点金属后熔化低熔点金属的一次熔炼和先制作中间合金再熔炼的二次熔炼方法，有效地避免了由于该合金含铝量高和含Fe、Co、Ni、Mn等高熔点金属引发的在高温加铝产生过热而出现的严重氧化和吸气现象。再并以快速熔炼、及时浇注的工艺措施，可以生产出满足使用要求的Cu-wt％14Al-X青铜铸件；2．本文运用金相、X射线衍射、电子探针、扫描电镜、电解萃取及深侵蚀制样等方法研究了新型高铝青铜Cu-14Al-X的组织。结果表明：合金由α、β、κ及γ₂相组成，热处理只改变了相量；强化相κ相富集了大量的Co；热处理和铸态合金相比，κ相含量虽然减少，但基体中成分均匀化程度及含Fe量增加、显微硬度也略有提高。3．多元铝青铜的铸态组织为α+β+κ+γ₂；铸态下存在不平衡组织、过饱和的难溶元素和枝晶偏析；晶界各枝晶界上还有难溶元素的金属间化合物、杂质相、非金属夹杂等。铸态合金强度硬度高，韧性较低；晶粒大小、α相含量、γ₂相分布及κ相的等影响铸态合金的性能。晶粒粗大使多元铝青铜的塑性、韧性同时降低；α相含量少、γ₂相粗大并晶界分布是导致合金脆性的主要原因；κ相主要起弥散强化作用；较大的花状κ相在一定程度上恶化了合金的性能。4．低温均匀化退火组织仍为α、β、κ、γ₂；强度硬度高而并未改变且冲击韧性有明显下降的趋势；加热温度变化保温时间不变的均匀化退火实验中，950℃时性能最好。固溶时效对多元铝青铜组织与性能影响的研究表明，固溶温度升高、晶粒长大，κ相和γ₂相大量溶解；随时效温度升高，强化相由部分析出到完全析出，甚至发生共析反应，导致力学性能降低。进行950℃×2h固溶和500℃×5h时效，可获得β中均匀分布κ相和γ₂相的组织，具有较优良的综合机械性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-24
  1.1 铜及铜合金  11-12
    1.1.1 铜  11
    1.1.2 铜合金  11-12
  1.2 铜及铜合金的应用研究  12-20
    1.2.1 高强弹性铜合金  12-13
    1.2.2 高强耐蚀铜合金  13
    1.2.3 高强导电铜合金  13-17
    1.2.4 高强耐热铜合金  17-18
    1.2.5 高强耐磨铜合金  18-20
  1.3 多元铝青铜与模具铜合金  20-22
    1.3.1 模具铜合金  20-21
    1.3.2 本课题组的工作  21-22
  1.4 本文的任务  22-24
    1.4.1 熔炼工艺要点  22-23
    1.4.2 多元铝青铜的组织  23
    1.4.3 多元铝青铜的组织与强韧性关系的研究  23-24
第2章课题的理论基础  24-31
  2.1 二元铝青铜的组织特征  24-26
  2.2 多元铝青铜的组织特征  26-27
  2.3 各成分组元的作用  27-29
  2.4 合金的成分  29-31
    2.4.1 模具铜合金的组织和性能要求  29
    2.4.2 合金的化学成分  29-31
第3章多元铝青铜熔炼工艺要点  31-50
  3.1 设备与炉料  32
    3.1.1 熔炼炉  32
    3.1.2 辅助工具  32
    3.1.3 原材料  32
  3.2 多元铝青铜的氧化特性及脱氧  32-35
    3.2.1 Cu-wt%14Al-X合金的氧化特性  33-34
    3.2.2 脱氧原理及脱氧剂的选用  34-35
  3.3 多元铝青铜的吸气及除气精炼  35-41
    3.3.1 气体在Cu-wt%14Al-X合金中的溶解特征  35-38
    3.3.2 精炼除气  38-39
    3.3.3 除气效果检测  39-41
  3.4 多元铝青铜的熔剂  41-43
    3.4.1 覆盖剂  41-42
    3.4.2 精炼剂  42-43
  3.5 熔炼工艺  43-49
    3.5.1 快速熔炼原理  44-45
    3.5.2 炉料计算  45
    3.5.3 熔炼、浇注温度的测定与控制  45-46
    3.5.4 熔炼工艺  46-47
    3.5.5 工艺分析  47-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章多元铝青铜的组织  50-61
  4.1 合金组织分析方法  50-51
    4.1.1 实验用材料  50
    4.1.2 实验方法  50-51
  4.2 实验结果及分析  51-59
    4.2.1 物相分析  51-52
    4.2.2 金相组织  52-54
    4.2.3 微区成分分析  54
    4.2.4 κ相分析  54-57
    4.2.5 显微硬度  57-59
    4.2.6 稀土的存在形式  59
  4.3 本章小结  59-61
第5章多元铝青铜强韧性研究  61-87
  5.1 多元铝青铜力学性能试验方法  61-64
    5.1.1 试样类型  61-62
    5.1.2 测试设备  62
    5.1.3 金相实验  62-63
    5.1.4 力学性能测试项目  63-64
    5.1.5 测量晶粒度  64
  5.2 铸态CuAl-14-X合金的组织与性能  64-69
    5.2.1 铸态组织  65-67
    5.2.2 铸态合金的物理和力学性能  67
    5.2.3 铸态组织与性能的关系  67-69
  5.3 均匀化退火态的多元铝青铜  69-78
    5.3.1 均匀化退火方案  70-72
    5.3.2 低温均匀化退火  72-73
    5.3.3 加热温度变化，保温时间不变的均匀化退火  73-74
    5.3.4 加热温度不变，保温时间变化的均匀化退火  74-78
  5.4 固溶态多元铝青铜的组织与性能  78-82
    5.4.1 固溶态的力学性能  78-79
    5.4.2 固溶强化的原理与分类  79-80
    5.4.3 固溶态的组织与性能  80-82
  5.5 时效态多元铝青铜的组织及性能  82-85
    5.5.1 时效态的力学性能  82-83
    5.5.2 沉淀与弥散强化原理及其分类  83-84
    5.5.3 时效态合金的组织与性能  84-85
  5.6 本章小结  85-87
结论  87-89
参考文献  89-93
致谢  93-95
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)  95-96
附录B (攻读学位期间所取得的科技成果目录)  96

多元铝青铜组织与强韧性关系的研究

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