高強(qiáng)耐磨鋁青銅熱處理工藝的研究

2009-09-23 李文生甘肅工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

　　通過(guò)正交試驗(yàn)和對(duì)比試驗(yàn)優(yōu)化了Cu14AlX鋁青銅合金的硬化熱處理工藝,找出了熱處理過(guò)程中影響該合金硬化性能的4種因素的主次順序是:固溶溫度、時(shí)效時(shí)間、時(shí)效溫度和固溶時(shí)間. 進(jìn)一步研究證明通過(guò)840～880℃油淬固溶和570～600℃空冷時(shí)效處理,合金能夠得到48.2HRC的最高硬度. 硬化的原因是時(shí)效過(guò)程中共析相γ2的均勻細(xì)化和κ相的彌散析出。

　　近年來(lái)我國(guó)板式換熱器行業(yè)從國(guó)外進(jìn)口了Cu14AlX鋁青銅合金材料制作的擠壓模具,取代35CrMo等合金鋼模具. 由于這種鋁青銅合金材料具有硬度高、減磨性能好、耐磨性高、剛性穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高的優(yōu)良性能,在拉伸、壓延1Cr18Ni9Ti 等不銹鋼換熱器板片時(shí)不易發(fā)生粘模、劃傷工件等現(xiàn)象,工件的翹曲明顯減少,不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量而且可以減少修模次數(shù)及模具損耗,壽命相對(duì)合金鋼模具提高5～10倍. 與普通鋁青銅相比,Cu14AlX 鋁含量高,熔煉工藝復(fù)雜. 國(guó)外采用真空熔煉的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn),而且整套生產(chǎn)工藝及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是全部保密的. 實(shí)現(xiàn)該種銅合金模具材料的國(guó)產(chǎn)化非常有意義,本文針對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)備、工藝水平的實(shí)際情況,采用非真空冶金鑄造成型的傳統(tǒng)工藝試制了該種合金材料,并運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)影響銅合金模具材料硬度性能的固溶溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間等4 種因素進(jìn)行了比較試驗(yàn),以期找出影響銅合金模具材料硬度性能的4 種熱處理工藝參數(shù)因素的主次順序及優(yōu)化固溶、時(shí)效處理的最佳溫度和保溫時(shí)間.

1、試驗(yàn)方法

　　鋁青銅合金材料的硬度性能與許多因素有關(guān),像澆注溫度、冷卻速度、凈化程度、熱處理工藝等,其中熱處理工藝參數(shù)的正確選擇與匹配是提高合金材料硬度的主要途徑之一. 鋁青銅的強(qiáng)化主要是通過(guò)固溶、沉淀、彌散等方法進(jìn)行的,熱處理的固溶、時(shí)效的溫度和時(shí)間等因素是影響合金的相變及相分布的主要因素. 如果通過(guò)試驗(yàn)來(lái)一一確定所有工藝參數(shù)的最佳匹配值,既浪費(fèi)了大量的人力物力,同時(shí)也無(wú)法找出綜合可信的試驗(yàn)結(jié)論. 因此采用正交試驗(yàn),有計(jì)劃、合理地在正交表上安排較少的試驗(yàn)次數(shù),較短的試驗(yàn)周期,迅速找出影響結(jié)果指標(biāo)的主要因素,進(jìn)而找到較優(yōu)工藝條件 .

1.1、因素?cái)?shù)的確定

　　在先前實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)考慮的因素有4個(gè):固溶溫度(因素A)、固溶時(shí)間(因素B)、時(shí)效溫度(因素C)和時(shí)效時(shí)間(因素D).

1.2、水平數(shù)的確定

　　根據(jù)真空技術(shù)網(wǎng)的另外篇文章,鋁青銅熱處理過(guò)程中20℃以?xún)?nèi)的溫度變化對(duì)最終性能的影響并不顯著. 經(jīng)計(jì)算,所研制合金的鋁當(dāng)量為14.6%～15.3%,根據(jù)Cu2Al二元相圖,可初步確定該準(zhǔn)二元合金的固溶和時(shí)效溫度范圍,取值間隔大于30℃,如表1所示.

表1 　因素水平

2、試驗(yàn)設(shè)備與材料制備

　　由成分設(shè)計(jì)配料,采用共裝法,根據(jù)快速熔煉、及時(shí)澆注的原則,利用高頻感應(yīng)爐常壓、無(wú)保護(hù)氣氛一次熔煉法實(shí)現(xiàn)合金的熔煉. 具體工藝為:熔化—精煉—靜置—出爐—澆注. 出爐溫度為1200～1250℃,澆注溫度為1150～1200℃. 用砂型鑄成<30的試棒,線切割、加工成<20 ×20的試塊,經(jīng)一定的熱處理工藝后磨制試樣,用2 號(hào)萊氏試劑浸蝕,觀察顯微組織. X射線衍射及SEM觀察分別在RigakuD/max22400和HITACHI S2502上進(jìn)行.