Mn、Al对锌铝合金组织以及摩擦磨损性能的影响

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本文以锌铝系列合金中目前应用最广泛的ZA27为第一种基体合金,另外将合金铝含量改变为37%~39%,设计新的Zn-38Al-2.2Cu合金,本文中定义牌号为ZA38,并以之为第二种基体合金。通过向两种基体合金添加不同量的合金元素Mn,制备出各试验试样;利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等多种现代分析手段,研究了Mn合金化后两种合金的显微组织、生成相形态及分布;用万能材料试验机分析测试了两组合金的力学性能;用M-2000型磨损试验机对合金试样进行了室温油润滑条件下的磨损试验,并对合金的摩擦磨损性能及磨损机制进行了初步分析。  实验结果表明:Mn的含量分别为0.4%、0.6%时,ZA27及ZA38合金树枝状组织已基本消失,组织优化效果最好,ε相和富Mn相颗粒分布均匀。ZA27/0.4%Mn合金室温力学性能最优,其抗拉强度、伸长率及硬度分别442MPa、5.67%和134HB。ZA38/0.6%Mn合金抗拉强度达到541MPa,比ZA38合金提升21.5%,延伸率却下降至1.17%。综合考虑,认为ZA38/0.2%Mn室温综合力学性能最优,其抗拉强度、伸长率及硬度分别472MPa、5.33%和132HB。  添加适量的Mn元素能明显提高ZA27、ZA38合金在高载下的耐磨性能,磨损时间1h,1050N工况下:ZA27/0.6%Mn的磨损量为52.7mg,比未变质的ZA27合金磨损量降低48.1%; ZA38/0.6%Mn的磨损量为54.8mg,比未变质的ZA38合金磨损量降低53.8%。磨损时间为3h,1050N工况下,ZA27/0.4%Mn合金耐磨性能最优,磨损量为92.4mg,比ZA27合金磨损量降低了40.9%; ZA38/0.6%Mn的磨损量为73.2mg,比未变质的ZA38合金磨损量降低56.3%。  载荷为800N时,ZA38合金的主导磨损机制为塑性变形伴随粘着磨损,Mn含量的增加,合金的磨损机理历经切削磨损、微切削+粘着机制,Mn含量为0.8%时,为严重的切削磨损及粘着磨损。  低载下(300N),磨损时间对磨面氧含量无太大影响;高载下(1050N),磨损时间3h的ZA38合金磨面氧含量较磨损1h时有明显提高。转移自摩擦副(GCr15)的Cr元素也稍有增加。
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