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耐磨白铜是一类比较特殊的铜合金,其突出特点是高温下的摩擦磨损性能优良。本文以一种含有多种合金组元的耐磨Cu-Ni-Al基合金为对象,重点研究该合金中主要组元Ni和Al对合金组织和性能的影响。通过调整合金中Ni和Al的含量,分析了合金的力学性能和摩擦磨损性能,采用金相和扫描电镜分析了合金的显微组织。主要结论如下:
(1)当合金中Ni含量从10 wt%增加到17 wt%时,合金的室温硬度和抗拉强度显著升高,但伸长率显著降低,继续增加Ni含量,抗拉强度和硬度变化不明显。Ni改善合金力学性能的主要原因是Ni在铜基体中的固溶强化作用。
(2)当Ni含量从10 wt%增加到25 wt%时,在干摩擦条件下,合金的减摩性能没有明显变化,但耐磨性能提高了26%:在油摩擦条件下,合金的减摩性能随着Ni含量的升高略有降低,但耐磨性能提高了2.45倍。在干摩擦条件下,合金的磨损机制主要是磨粒磨损和严重粘着磨损,在油摩擦条件下,合金的磨损机制为轻微的磨粒磨损。合金耐磨性的提高主要是Ni含量增加减弱了合金基体的粘着磨损。
(3)当合金中Al含量从1.5 wt%增加到4.5 wt%时,合金的室温硬度逐渐升高,抗拉强度无明显变化,但伸长率显著降低。Al对合金力学性能的影响主要是因为Al与铜基体中的其他合金元素形成了第二相化合物,分布于晶界。
(4)当合金中Al含量从1.5 wt%增加到4.5 wt%时,在干摩擦和油摩擦条件下,合金的耐磨性能分别提高了25%和70%,但干摩擦和油摩擦条件下的减摩性能没有明显变化。Al含量增加改善合金耐磨性的主要原因是合金的磨粒磨损得到了缓解。
(5)基于合金的综合力学性能和经济性考虑,合金中的最佳Ni含量为17wt%,最佳Al含量为3wt%。