新型鋁鎳青銅模具材料及組織與性能研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，采用模具成型生產(chǎn)的零部件，具有質(zhì)量好、成本低、生產(chǎn)效率高、節(jié)省原材料和節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向，對模具材料的性能要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的合金鋼模具材料，由于其導(dǎo)熱性能低、抗熱疲勞性和精密加工性能較差，不能滿足某些模具材料的實際使用要求。目前，歐美等發(fā)達(dá)國家及國內(nèi)一些單位已經(jīng)研究開發(fā)了一些銅合金模具材料，用于金屬與非金屬成型的拉伸、壓延、擠壓和鑄造等

2、模具，特別是銅合金模具材料在高分子塑料及不銹鋼制品成形等方面得到了廣泛應(yīng)用。我國對新型銅合金模具材料的研究由于受到工藝、設(shè)備等方面的限制，目前還沒有完全實現(xiàn)銅合金模具的國產(chǎn)化。
　　本文根據(jù)鋁青銅合金具有硬度高，耐磨性、減磨性好，拉伸及抗壓強(qiáng)度高，剛性穩(wěn)定、不易變形、且有一般銅合金所具有高的熱傳導(dǎo)性、散熱快等優(yōu)良綜合性能的特點(diǎn)。在研究合金元素對銅合金組織與性能影響的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計研制了一種新型鋁鎳青銅模具材料，并利用非真空高頻感

3、應(yīng)爐進(jìn)行合金熔煉和鑄造試驗。采用金相顯微鏡、SEM、布氏硬度計、激光閃射儀、電子萬能試驗機(jī)等手段研究了不同含量幾種主加元素Al、Ni、Fe對該新合金組織和性能的影響，獲得一種綜合性能優(yōu)良的新型鋁鎳青銅模具材料，并探討了不同熱處理工藝和摩擦磨損試驗參數(shù)對該合金組織與性能的影響。研究結(jié)果表明：
　　不同含量的Al、Ni、Fe元素通過改變新型合金組織中的α相、β′相、γ2相、κ相的形態(tài)、數(shù)量和分布來影響該合金的性能。隨著鋁含量的增加，合

4、金的抗拉強(qiáng)度先上升后下降，布氏硬度連續(xù)上升，延伸率降低，磨損量先降低后升高；隨著鎳含量和鐵含量的增加，合金的抗拉強(qiáng)度、布氏硬度和延伸率都是先升高后降低，其磨損量先降低后升高。在鋁含量11.5％、鎳含量3.0%和鐵含量3.0%時，該新型合金表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和硬度，良好的塑韌性和優(yōu)異的耐磨性。
　　新型鋁鎳青銅模具材料的最佳設(shè)計成分為：Al11.5%、Ni3.0%、Fe3.0%、Mn1.5%、B0.15%、Zn0.3%，其余為Cu。該

5、合金的鑄態(tài)組織主要由α相、β′相、γ2相和κ相組成，組織中存在嚴(yán)重的枝晶偏析，κ相分布不均勻，（α+γ2）共析體較多，組織粗大。其抗拉強(qiáng)度為737 MPa，布氏硬度為287 HBW，延伸率為5.9%，熱導(dǎo)率為76 W/m·k，磨損量為1.34 mg。經(jīng)最佳熱處理強(qiáng)化工藝（940℃×2.5 h水冷固溶+540℃×3.5 h空冷時效）處理后，該新型合金的抗拉強(qiáng)度為896 MPa，布氏硬度為415 HBW，延伸率為10.7%，熱導(dǎo)率為94 W

6、/m·k，磨損量為0.83 mg，與鑄態(tài)合金相比，固溶時效態(tài)合金具有更高的強(qiáng)度和硬度、良好的塑韌性、優(yōu)異的導(dǎo)熱性和耐磨性。
　　在不同熱處理工藝的新型合金摩擦磨損過程中，隨著試驗溫度、干滑動速度和加載力的增加，該合金的磨損量都是呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，而且固溶時效態(tài)的磨損量曲線始終位于鑄態(tài)的下方；鑄態(tài)合金的平均摩擦系數(shù)曲線都在較大范圍內(nèi)波動，而固溶時效態(tài)合金的平均摩擦系數(shù)在較小的范圍內(nèi)波動，曲線較平緩且近似一條直線，且其平均摩擦系數(shù)都