冷乳和时效处理对Al-Zn-Mg-Cu合金摩擦磨损特性的影响

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Al-Zn-Mg-Cu系合金因为密度低、强度高、耐腐蚀性好的特点,已经广泛的应用于航空航天,武器制造等领域。但是Al-Zn-Mg-Cu系合金存在摩擦系数高、耐磨性差的缺点,限制了其在部分领域进一步的应用和发展。目前大多数的研究仍处于通过优化热处理工艺来改善合金的性能,但是受到合金元素在铝基体中极限固溶度的限制,这种强化方法是有限度的,因此一种形变+时效相结合的处理方式逐渐受到研究者的重视。本文通过使用冷轧(低、中、高三种变形量:20%、40%、60%)以及时效的处理方式对Al-Zn-Mg-Cu合金进行加工,利用金相光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、维氏硬度计等仪器探究冷轧和时效对合金的微观组织、力学性能的影响;利用SEM、能谱仪(EDS)对磨痕表面、磨屑和亚表层对比分析,研究冷轧以及时效对合金磨损机制以及摩擦磨损特性的影响。所得结果如下:(1)冷轧处理后,晶粒组织细化、变形,难溶相发生破碎、伸长,时效处理后,晶粒组织的形态不存在明显变化。(2)冷轧处理后,晶内位错大量增殖,强度和硬度提高,塑性下降。时效处理后,塑性有所改善,中、低变形量试样保持一定加工硬化的同时具备较好的时效强化效果,强度有所提高,高变形量试样较差的时效强化效果不足以弥补加工硬化的下降,强度略有下降。(3)硬度、塑性和加工硬化共同决定了材料的耐磨性。增加变形量能够提高合金的磨前硬度和磨后硬度,从而改善材料的耐磨性。时效处理后,中、低变形量试样在保持高硬度的同时仍具有很强的加工硬化能力使耐磨性大幅提高,高变形量试样基体硬度的下降以及加工硬化能力的缺失导致耐磨性略有下降。(4)冷轧处理后,试样的磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损以及氧化磨损并存。时效处理后,中、低变形量试样的磨损机制由时效前的多种磨损机制并存向以磨粒磨损为主导转变,高变形量试样的磨损机制依旧为磨粒磨损、粘着磨损以及氧化磨损并存。
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