【摘 要】
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Al-Cu合金具有良好的高低温力学性能和耐磨性能,广泛应用于航空航天、建筑制造与装备等领域。Cu含量对Al-Cu合金的力学性能有着重要的影响。目前对Cu含量在5%以内的Al-Cu合金研究较多,而对于Cu含量超过10%的研究则鲜有报道,但是Cu含量的增加有利于提高Al-Cu合金的高温强度和耐磨性能,因此本文系统地研究了高含Cu含量对Al-Cu合金拉伸性能及磨损性能的影响。同时对比研究了液态压铸和流变
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Al-Cu合金具有良好的高低温力学性能和耐磨性能,广泛应用于航空航天、建筑制造与装备等领域。Cu含量对Al-Cu合金的力学性能有着重要的影响。目前对Cu含量在5%以内的Al-Cu合金研究较多,而对于Cu含量超过10%的研究则鲜有报道,但是Cu含量的增加有利于提高Al-Cu合金的高温强度和耐磨性能,因此本文系统地研究了高含Cu含量对Al-Cu合金拉伸性能及磨损性能的影响。同时对比研究了液态压铸和流变压铸工艺对铸件拉伸性能和耐磨性能的影响。制备5%～20%Cu的Al-Cu合金压铸试样,并系统地研究了其拉伸性能随Cu含量和压铸工艺的变化规律。研究结果表明:随着Cu含量的增加,Al-Cu合金抗拉强度逐渐增加,延伸率逐渐下降。随着拉伸实验温度的增加,各组分拉伸试样的抗拉强度总体呈下降的趋势,延伸率总体呈上升趋势;拉伸实验温度由200℃上升到300℃时,试样的抗拉强度和延伸率变化最大;在300℃拉伸实验条件下,Al-20Cu合金试样的抗拉强度仍能达到144MPa,同时延伸率可达4.14%;另外,随着拉伸实验温度由室温增加到300℃,Al-5Cu试样断口边缘处的断裂形式由韧窝-准解理断裂混合形式转变为韧窝断裂,Al-20Cu试样断口边缘处的断裂形式由准解理断裂转变为韧窝-准解理断裂混合形式。对比不同浇注温度的Al-15Cu拉伸试样的力学性能,发现在浇注温度为610℃,施加电磁搅拌条件下的拉伸试样密度最高,其在室温和300℃条件下的抗拉强度和延伸率均高于其它流变拉伸试样,其在300℃拉伸条件下,抗拉强度可达118MPa,延伸率达到7.99%。宏观断裂形式也由室温条件下的脆性断裂转变为高温条件下的韧性断裂。对含5%～20%Cu的铸造Al-Cu合金进行了磨损试验,对不同成分和载荷下的铸造Al-Cu合金磨损行为和性能进行了系统分析研究。研究结果表明:随着Cu含量的增加,磨损试样的硬度不断增加,由59HB增加到170HB,摩擦系数随Cu含量变化在0.4-0.85范围内变化,高Cu含量的试样摩擦系数较大且波动较大;随着负载的增加,试样的摩擦系数呈减小的趋势;Al-Cu合金试样的比磨损率随Cu含量增加先急剧降低后趋于平缓;Al-Cu合金的主要磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损;低Cu含量试样以黏着磨损为主,高Cu含量试样以磨粒磨损为主,随着负载的增加,低Cu含量试样黏着磨损程度增加,高Cu含量试样磨粒磨损程度增加。对于流变成形Al-15Cu合金试样,随着浇注温度的增加,流变成形Al-15Cu合金摩擦磨损试样的硬度逐渐增加,在浇注温度为615℃下施加电磁搅拌作用下,试样的硬度最高,为118HB;摩擦磨损试样的摩擦系数和体积磨损量随浇注温度的升高总体呈下降的趋势。在浇注温度为615℃和施加电磁搅拌作用下,试样的耐磨性能最好,平均摩擦系数为0.655,体积磨损量为0.042mm~3。
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