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本文结合科技部中小企业技术创新项目(09C26213600936)和生产实际,以“高强、耐磨和易变形”为出发点,在现有牌号QAl10-4-4铝青铜的基础上,对合金的成分和熔铸工艺进行优化,研制出了一种兼具优良挤压性能和力学性能的新型高强耐磨变形铝青铜,并对其组织的连续冷却转变和固溶时效强化热处理进行了研究,主要获得下述结论:
(1)研制的合金(QAl9-4-3铝青铜)主要成分(wt%)为8.7Al,4.4Fe,3.4Ni,0.16(B+Zr)。该合金兼具良好的挤压性能和综合力学性能,其挤压性能与QAl9-4铝青铜相当,挤压态力学性能((σb=729MPa,194HBS,δ=19.5%))和摩擦磨损性能可与QA110-4-4铝青铜媲美。对试制合金在半连续铸造过程中采用“稀薄覆盖”技术,控制覆盖剂的组份为50%冰晶石+50%炭灰、覆盖层厚度为0.5~2mm时,铸锭表面光滑,无明显夹渣,表面质量较好。
(2)固溶时效参数对试制QAl9-4-3铝青铜力学性能的的作用顺序为:时效温度>固溶温度>时效时间>固溶时间。获得的最佳热处理工艺为:在910℃下固溶3h,水淬,再在480℃下时效1h,空冷。该工艺下,合金中原β硬相区的显微硬度为270HV,该区域与α软相的面积比为71∶29,使合金具有较好的强韧性配合,抗拉强度为887MPa,硬度为253HBS,伸长率为7.3%,前两者分别较挤压态提高了22%和33%。
(3)在上述最佳热处理态下,合金的摩擦磨损有以下特征:①摩擦系数为0.342,磨损率为1.46×10-9g.mm-1.N-1,与挤压态QAl10-4-4铝青铜相比,试验合金的摩擦系数略微增大,但磨损率降低了40%,表现出了较好的耐磨性能;②主要磨损形式为轻微的磨粒磨损和粘着磨损;③在低速或低载条件下,随着载荷或速度的增加,合金的摩擦系数减小,磨损率增大,在低速重载条件下有较好的减磨耐磨性能。