论文部分内容阅读
本文以ZA27合金为基体合金,分别以A1-10%Mn和A1-7%Si的形式加入Mn和Si,制备出ZA27-Mn、ZA27-Si及ZA27-Mn-Si合金。利用金相显微镜、金相分析软件、扫描电镜、电子探针等多种现在分析手段,研究了加入微量元素Mn和Si后ZA27合金的微观组织、生成相形态及分布,测试了合金的力学性能、室温油润滑摩擦磨损性能和热膨胀性能,并分析了相关的作用机制。加入Mn和Si后ZA27合金的SEM分析结果表明,Mn以富锰相的形式存在于基体合金中,Mn的最佳添加量为0.4wt%,此时,基体合金晶粒较小,析出相分布均匀,连续性好;以A1-7%Si形式加入的Si相在ZA27合金中以Si颗粒的形式存在,当Si的添加量为1.0wt%,颗粒呈近球状,且分布均匀。复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si后,合金树枝晶逐渐转变成近等轴晶,晶间析出相连续性好。不同超声功率下复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si后的ZA27合金,随着超声功率的增大,合金的树枝晶逐渐被打断成短棒状或蠕虫状,Si颗粒变小,分布也越趋向均匀。合金的力学性能实验结果表明,随着Mn、Si合金元素的加入,ZA27合金的硬度和抗拉强度均提高。当添加0.4wt%Mn后,合金的硬度、抗拉强度和伸长率分别为126.8HB、410.32MPa和4.01%,较基体合金提高了9.03%、8.76%和22.26%。当添加1.0wt%Si时,合金的硬度、抗拉强度和伸长率分别为124.9HB、412.89MPa和3.49%,较基体合金提高了7.40%、9.44%和6.41%。复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si后的合金经高能超声处理后,其力学性能得到改善。随着超声功率的增大,合金的抗拉强度、伸长率及硬度均提高。当超声功率为1.2KW时,抗拉强度和伸长率较基体合金分别提高了17.23%和24.39%,较复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si时分别提高了6.17%和9.38%。拉伸断口的SEM形貌分析表明,合金的断裂形式为部分韧窝+部分准解理的混合型断裂。合金的室温油润滑摩擦磨损实验结果表明,加入Mn、Si后合金的耐磨性能明显提高。当Mn的添加量为0.4wt%时,在600N的载荷下,合金的磨损量为0.46mg,比基体合金减少了44.58%,摩擦系数为0.028,比基体合金降低了17.65%,合金的磨损稳定性较好;当Si的添加量为1.0wt%时,在600N的载荷下,合金的磨损量为0.45mg,比基体合金减少了45.78%,摩擦系数为0.026,比基体合金降低了23.53%,合金的磨损稳定性较好;随着载荷的增加,各种合金的磨损量、摩擦系数都随着增大,稳定性减弱。复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si后,相同载荷下,相同时间内合金的磨损量较未添加任何元素的有明显的减少,摩擦系数较低,摩擦稳定性提高。复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si后,在高能超声的作用下,随着超声功率的增大,合金的磨损量减少,摩擦系数较低,摩擦稳定性提高。由合金磨损表面形貌分析可知,在油润滑条件下,低载荷情况下,ZA27合金的磨损形式为磨粒磨损,随着载荷的增大,磨粒磨损特征减弱,粘着磨损的特征更加明显,在较大载荷下合金的磨损机制为磨粒磨损+粘着磨损。合金的热膨胀性能测试结果表明,Mn的加入对合金的线膨胀系数和热膨胀系数影响不大;随着Si的加入量的增加,合金的线膨胀系数降低;复合添加0.4wt%Mn和1.0wt%Si后,合金的线膨胀系数减小。在20～300℃温度区间内,各种Mn、Si含量不同的合金的线膨胀系数都随温度的升高而增大。