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时间:2019-06-01
《倾斜板铸造Al_Pb难混溶合金组织和磨损性能》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2009中国铸造活动周论文集倾斜板铸造Al-Pb难混溶合金组织和磨损性能1,211,2111陈体军,刘二勇,郝远,张大华,王瑞权,李向威(1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050;2.兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃兰州730050)摘要:利用倾斜板铸造技术制备了Al-Pb合金。研究了Pb含量和模具尺寸对该合金微观组织和磨损性能影响。对比结果表明:铅含量为20%时,两种模具的铅颗粒的体积分数分别为5.62%,5.86%,铅颗粒的平均晶粒尺寸分别为3.46μm,7.54μm。试样的背散射图显示铅颗粒呈近
2、似圆球状,且分布均匀。说明利用该技术可以获得球状Pb颗粒分布均匀的Al-Pb合金,随着Pb含量的增加和模具冷却速度的减小,Pb颗粒尺寸增大,而且会出现偏聚现象。摩擦磨损测试表明:对比Al-Cu-Si-Zn的基体合金,加入20%的铅后合金的摩擦系数降低了15%,磨损量减小了50%,作为软相的Pb颗粒均匀分分布于Al-Cu-Si-Zn的硬基体中,在摩擦中起到了自润滑的作用,从而显著降低摩擦系数和磨损量,提高合金的抗咬合性能,可说倾斜板铸造法能获得组织和摩擦性能优异的Al-Pb轴瓦材料。关键词:倾斜板;Al-Pb难混熔合金;组织;摩擦磨损1引言难混溶合金是一类存在液
3、相分离特性的合金,具有很多独特的物化性能和工艺性能。目[1]前已知的含有液相不混溶区的合金达到500多种,难混溶合金的一个明显标志是二元相图中存在一弓形液相不混溶区,当凝固通过该区时,密度不同的两液相将迅速分离,最终形成严重宏观偏析或组元分层的凝固组织,因此,采用常规的地面凝固技术难以制备出任何有工[2~4][5,6]业价值的难混溶合金。均质难混溶合金具有很多优异的物理、化学性能,如可做高矫顽力永磁体、高性能电极、具有良好导热导电性的电接触材料。特别是它具有优良的摩擦学特征,作为金属自润滑材料被广泛用于无油轴承、轴瓦、滑块、衬套、活塞、阀门座和轴[7]承保持架
4、等,已经成为汽车工业中一种理想的轴瓦合金。如在铝合金基体中弥散分布软相(Bi,Pb)的材料是最有发展前景的自润滑汽车轴瓦材料,且铝铅合金综合性能优于目前普遍[8-10]使用的铝锡合金,而且价格便宜,为使铅能均匀分布到铝合金中,各国科研工作者都致力于其理论和实际应用研究。但现有的工艺,诸如快速凝固工艺、快速凝固/粉末冶金工艺、搅拌铸造法等相继研发,其中现行制备铝铅轴瓦材料的工艺为快速凝固/粉末冶金工艺,成[11~13]本很高,限制了其产品的大规模应用。而倾斜板技术,结合了铸造和快速凝固的优点,具有低成本和可大批量生产的优势,可以说是一种制备Al-Pb难混溶合金的
5、新方法。2实验设备及方法2.1实验设备实验设备主要有倾斜板和尺寸为Ф15mm×150mm和Ф45mm×150mm的金属模具,倾斜板示意图见图1。倾斜板采用不锈钢管机加工而成,内径为Ф90mm,壁厚10mm,长1.5m。o倾斜板的倾角和长度可根据试验需要调整,本实验采用45角和浇注位置为1.2m进行试验。倾斜板和金属模具均采用白垩粉和水玻璃涂料刷涂。2.2实验过程所用的Al-Pb合金(除Pb的所有合金元素)成分见表1。6242009中国铸造活动周论文集表1基体合金的化学成分(体积分数)CuSiZnAl0.833.5余量熔炼过程如下:在坩埚中加入基体合金,使其熔化
6、,在适当的温度下,用六氯乙烷精炼,扒渣,加入分别为10wt%、20wt%、30wt%的铅,加入3wt%的稀土盐类覆盖剂,保温30min,以便获得均匀的Al-Pb合金溶液,然后,在合金熔液温度为1200℃和浇注位置为1.2m,利用倾斜板铸造方法浇注入不同的金属型。浇注试样尺寸为Ф15mm×150mm。图1倾斜板浇注系统示意图截取各试样的中间位置,制备金相试样。利用光学显微镜观测Al-Pb合金的显微组织及Pb颗粒的分布,用Imageproplus定量测定了Pb颗粒的尺寸和体积分数。摩擦磨损试验在中科院兰州化物所M-2000摩擦磨损试验机上进行干摩擦试验。上试样为铝
7、铅合金,尺寸为30.5mm×6mm×7mm,对磨摩擦副为Ф40mm×10mm的45号钢磨轮。上试样固定不动,对磨磨轮转速200r/min,试验载荷200N,磨损时间30min。通过测定摩擦系数、体积磨损率评定摩擦磨损性能。用扫描电镜分析摩擦试样磨损表面形貌。3试验结果与分析3.1显微组织结构图2为不同含铅量铸态合金的金相组织图,图中黑色颗粒为铅,铅颗粒分布于铝基体中。对图2的金相图进行分析,(a)图中铅颗粒的体积分数2.74%,理论值为3.08%,铅颗粒的平均晶粒尺寸为3.14μm;(b)图中铅颗粒的体积分数5.62%,理论值为5.99%,铅颗粒的平均晶粒尺寸
8、为3.46μm;(c)图中铅颗粒的体积
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