复合稀土对铝青铜摩擦磨损及热疲劳性能的影响

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本文通过金相观察、扫描电镜等手段,研究了不同复合稀土(La+Y)添加量对ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金微观组织的影响规律;用M-2000型磨损试验机,用40Cr钢制成对磨件,对不同合金进行了磨损实验,研究了稀土对合金摩擦磨损性能的影响以及磨损机制的分析;在接近材料实际工况实验条件下,用自约束型热疲劳试验机对不同合金进行了热疲劳实验以及热疲劳裂纹萌生及扩展研究。  研究表明,ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金金相显微组织由α相、α+γ2相、β相以及K相所组成。添加不同量的复合稀土后,合金的显微组织发生显著变化。随着RE的,加入,长条状的粗大晶粒不断细化;但随着RE含量的增加,合金晶粒又得到不同程度的粗化并最终得到大小相当的等轴晶。稀土的加入使K相呈细小颗粒析出,分布也更加均匀,但是过量的稀土会使合金元素向晶界偏聚,恶化材料性能,所以最佳稀土的加入量为0.083%。  不同合金摩擦试验随着载荷的增加,磨损量递增,适量的稀土添加量能提高合金的耐磨性,而过量的稀土使合金晶粒粗化,RE及合金元素向晶界处大量偏聚,晶界呈网状割裂晶粒,耐磨性降低。  在低载荷条件下,不含稀土合金磨损表面形貌以犁沟为主,磨损机制主要为磨粒磨损,适量的稀土提高合金的耐磨性,磨损机制为轻微磨粒磨损,随着稀土的增加,磨损形式由磨粒磨损向伴有粘着磨损和剥层磨损的磨粒磨损转变。随着载荷的增加,不同合金磨损表面有脱落的碎屑,表面出现磨粒剥落后的痘状凹坑和块状或饼状磨屑,发生了较严重的疲劳和粘着磨损。高稀土含量合金在高载荷条件下,易出现严重的粘着和疲劳磨损,摩擦磨损性能急剧恶化。  少量的稀土添加量能够提高合金的抗疲劳性,同时降低裂纹的扩展速率,这是由于稀土细化了合金组织。但是,过量的稀土使得合金晶粒粗化且出现偏析使得晶界弱化,从而大大恶化了合金的疲劳性能。热疲劳裂纹首先在V型缺口的边缘萌生,沿晶界扩展,在高稀土含量、高次疲劳循环的试样中,出现穿晶裂纹,裂纹的扩展为沿晶和穿晶混合扩展。添加0.083%复合稀土的ZCuAl9Fe4Ni4Mn2合金拥有最佳的耐磨及抗疲劳性能的配合。
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