双级时效工艺对QAl9-4铝青铜力学性能的影响

采用正交实验研究双级时效工艺对QAl9-4铝青铜组织与性能的影响。发现不同工艺参数对合金性能影响强度不同,影响顺序由大到小为二级时效温度>一级时效温度>一级时效时间>二级时效时间。对正交实验结果进行方差分析得到最优双级时效工艺为(150℃/2h)+(500℃/2.5h),并以此工艺对合金进行处理。与单级时效处理相比,双级时效处理后的合金抗压强度、极限压缩率、硬度分别提升了14.79%、25.59%和5.28%。最后对不同时效工艺处理的合金进行显微结构表征,发现性能差异来源于双级时效处理后的合金含有更多弥散分布的强化相和更少的γ2相,因此对QAl9-4铝青铜进行双级时效处理可以获得比单级时效处理更优异的性能。

电弧增材镍铝青铜的组织与性能

镍铝青铜合金由于其在海水中的高耐腐蚀性能、抗生物污染性能和良好的抗空化冲击性能,被广泛运用于船舶螺旋桨的制造,但传统的铸造镍铝青铜由于材料成本过高,并且性能已不再适用于现今越来越高的要求.为了获得性能优异的镍铝青铜构件,采用了电弧增材制造技术成功制造了镍铝青铜合金构件,研究了铸造镍铝青铜和电弧增材的镍铝青铜的微观组织和力学性能的差异.结果表明,与铸态镍铝青铜合金相比,电弧增材制造的镍铝青铜合金有更细小的微观组织,κⅠ相的析出被抑制,绝大多数的β′相转变为α+κⅢ的共析组织,元素分布更均匀.与铸态镍铝青铜相比(545 MPa,20%),电弧增材制造的镍铝青铜构件展现了更加优异的力学性能,极限抗拉强度达到700 MPa,断后伸长率达到38%.

水下搅拌摩擦加工对铸态镍铝青铜空蚀行为的影响

为了进一步提高铸态镍铝青铜抗空蚀性能,采用水下搅拌摩擦加工技术对其进行表面改性。观察并测试了加工前后材料的微观组织和力学性能,对比讨论了铸态和水下搅拌摩擦加工后镍铝青铜在蒸馏水和人工海水中的空蚀行为,分析了微观组织与空蚀机理的关系。研究结果表明,水下搅拌摩擦加工后,镍铝青铜组织细化,各相分布均匀,加工区中心平均显微硬度约为400 HV,是铸态样品的2倍。在2种介质空蚀试验中,水下搅拌摩擦加工镍铝青铜累计空蚀质量损失均较低,空蚀18 h后SFSP态NAB在蒸馏水和人工海水中的质量损失分别是2.55 mg和4.85 mg,约为铸态NAB质量损失的50%和44%,具有更好的抗空蚀性能。晶粒细化和小尺寸晶粒κ相弥散强化是提高铸态镍铝青铜的抗空蚀性能的主要原因。

建筑装饰用铝青铜表面改性与耐磨性能研究

为了提升装饰用铝青铜合金的表面耐磨性,采用非平衡磁控溅射和等离子渗氮相结合的方法,在铝青铜合金表面制备了不同成分和膜厚的改性膜层,对比分析了改性膜层的显微形貌、物相组成和耐磨性能。结果表明:装饰用铝青铜合金表面磁控溅射Cu-Ti膜的Ti/Cu原子比接近6.7(M1)、1.7(M2)和0.5(M3),预置膜厚分别为3.4μm、3.4μm和2.8μm。660℃/2 h渗氮处理后,M1、M2和M3膜层的截面厚度分别为7.2μm、5.8μm和2.7μm,磨损率分别为0.21 m^(3)·N^(-1)·m^(-1)、6.27 m^(3)·N^(-1)·m^(-1)和9.98×10^(-14 )m^(3)·N^(-1)·m^(-1);660℃/5 h渗氮处理后,M1、M2和M3膜层的截面厚度未见明显变化,磨损率分别为0.47 m^(3)·N^(-1)·m^(-1)、0.22 m^(3)·N^(-1)·m^(-1)和3.94×10^(-14 )m^(3)·N^(-1)·m^(-1)。660℃/2 h和660℃/5 h渗氮处理后,膜层的磨损率较铜合金基体明显降低。660℃/2 h渗氮处理后,M1膜层的磨损率最小(0.21×10^(-14 )m^(3)·N^(-1)·m^(-1)),耐磨性最好,此时的磨损机制为氧化磨损加黏着磨损。

增材制造镍铝青铜合金的制备与腐蚀行为研究进展

镍铝青铜合金因具有较好的延展性、强度、断裂韧性及耐腐蚀性能而广泛应用于石油和天然气泵系统、航空和船舶工业应用等领域。传统铸造工艺制备的镍铝青铜具有复杂的物相组成,在严苛的服役环境中容易发生严重的腐蚀失效。近年来,增材制造技术在铜合金加工领域获得迅猛的发展,基于快速非平衡凝固特性,能够通过显微组织调控来提高铜合金的机械性能,同时有望提升其在严苛服役环境中的耐腐蚀性能。本文列举了不同增材制造技术制备的镍铝青铜合金,围绕其显微组织、力学性能以及腐蚀行为展开深入探讨,进一步对比分析了不同制备工艺参数以及热处理工艺与镍铝青铜显微组织的关联机制及其对腐蚀行为的影响规律。本文通过构建增材制造镍铝青铜制备工艺-显微组织特征-耐腐蚀性能之间的内禀关系,能够为高性能增材制造镍铝青铜的设计优化及应用提供理论基础和实践指导。

直升机传动系统用铝青铜-聚苯酯涂层磨损性能研究

直升机行星传动系统由于结构紧凑、传递功率高、承载能力高、抗冲击和振动能力强及传动平稳等优点,在航空航天领域中得到了广泛应用。为了提高行星传动系统的轮系减速结构中行星齿轮的均载性,避免单个行星轮过载断齿失效,通常将其设计为以支承环浮动支承的太阳齿轮。然而,这种设计导致支承环与太阳齿轮之间的接触部位在工作时可能产生严重的微动磨损。因此,在支承环表面制备铝青铜-聚苯酯涂层,以提升其抗微动磨损性能。采用等离子喷涂工艺,将通过机械混匀的铝青铜和质量分数约5%的聚苯酯混合粉末(KF-1301)喷涂在以30Ni4CrMoA钢为基体的支承环表面。喷涂前试样表面需经刚玉砂喷砂处理,以提高表面粗糙度。通过扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜,对制备的涂层进行微观形貌和孔隙率分析。结果表明,涂层的孔隙率约为31.8%,表面洛氏硬度平均值为79.9 HR15Y,结合强度平均值为42.6 MPa。通过SRV-4微动摩擦磨损试验机,测试涂层的抗微动磨损性能。结果表明,涂层的摩擦系数平均值约为0.169,具有较好的减摩性能,磨损机制主要为磨粒磨损,同时伴有粘着磨损。对喷涂铝青铜-聚苯酯涂层的支承环进行零件级摩擦磨损试验,发现涂层无开裂、剥离、剥落和严重磨损等异常情况。对试验前后相同位置涂层的厚度进行测量,结果显示涂层的磨损量非常小。铝青铜-聚苯酯涂层具有较高的硬度、结合强度及较低的摩擦系数,可满足抗微动磨损涂层应用的技术要求,在模拟工作状态下其表现出优异的抗磨损性能,未出现明显的异常磨损现象,说明该涂层可有效地提高直升机传动系统的耐磨性和使用寿命。

高锰铝青铜合金组织转变规律研究

高锰铝青铜(ZCuAl8Mn14Fe3Ni2)合金中Mn(13.5~15%)、Al(7.8~8.8%)、Fe(2.8~4.0%)、Ni(1.8~2.5%),各合金成分对组织转变均有影响。为方便研究,基于Al当量对比分析不同成分合金的相析出行为;通过连续升温试验研究组织演变规律及各相溶解情况。结果表明:各相析出温度受材料成分影响显著,高Al当量试样中α相析出温度较低;在连续升温试验中,β精细分解相在高温加热时可发生回溶,α相在700℃时完全溶解;加热温度高于800℃时,材料中只有基体β相和未溶解κ_(I)相。

镍铝青铜-钢异质金属焊接接头组织与力学性能

采用手工钨极氩弧焊对镍铝青铜QAl10-5-5/低合金钢Q355进行了焊接试验,焊丝采用高Mn镍铝青铜SCu6338。对焊接接头的微观组织、拉伸、弯曲及冲击性能进行了考察与研究。结果表明,焊缝与两侧母材均达到冶金结合,焊缝由α-Cu相和富Fe组织(宏观泛铁带和富Fe枝晶)组成,富Fe组织周围存在少量微米级凝固微裂纹,凝固裂纹在被富Fe组织包围的残余铜相中形成,表明焊接时应控制钢的熔入量和富Fe组织分布均匀性。铜-钢异质界面无明显缺陷产生,形成了一层厚度约2μm的Fe-Al中间化合物层。焊接热循环作用下,镍铝青铜侧热影响区α相减少,主要为残余β相和α/κ共生相为主,其韧性较焊缝和钢侧热影响区的低。Q355侧热影响区为贝氏体组织。焊接接头弯曲测试后表面无宏观缺陷,接头拉伸均断在Q355母材,表明焊接接头力学性能良好。

激光表面熔凝对镍铝青铜组织演变和空蚀行为的影响

采用激光表面熔凝对镍铝青铜进行表面强化以提高其抗空蚀性能。通过XRD、SEM和TEM等手段对微观结构进行表征,并在超声空泡试验机上进行空泡测试。结果表明:采用功率为3 kW和扫描速度为10mm/s的激光参数时,耐蚀性和抗空蚀性能较铸态合金得到提高。熔凝处理过程中晶粒细化强化、位错强化和析出相强化的协同强化机制以及均匀组织消除选相腐蚀主导了熔凝后镍铝青铜的抗空蚀性能。

铝青铜铸件无损检测试验研究

依据试验探讨了铝青铜材料的超声检测、射线检测和渗透检测效果。经粗略测算,ZCuAl10Fe3的声衰减系数至少达到0.165 dB/mm,实际检测信噪比较低,仅能通过底波大幅度降低发现大范围的体积型缺陷,夹砂、夹渣、气孔等难以检出。采用射线照相检测可以检出铝青铜铸件中的气孔、夹砂、夹渣及疏松,相对灵敏度较高。采用渗透检测可以检出铝青铜铸件表面的疏松、气孔等非线状显示,不存在EN 1371-1、EN 1982中所述某些铜合金铸件不易评定的问题。本文通过试验研究为开展铝青铜制品的无损检测提供了技术参照。

紫铜及铝青铜合金高耐蚀性阳极氧化工艺研究与生产应用

为改良T1紫铜、QAl9-4铝青铜合金的外观并提高耐腐蚀性能,使用氢氧化钠、钼酸铵的水溶液作为工作溶液,对T1紫铜、QAl9-4铝青铜合金进行阳极氧化处理。采用扫描电子显微镜、能谱和金相显微镜测试2种材料表面的阳极氧化膜层的显微形貌、主要成分和金相组织,从而优化阳极氧化工艺参数。通过外观检测、附着强度测试、耐高温、中性盐雾试验等检测方法考核了阳极氧化膜层的综合性能。结果表明:阳极氧化电流密度为1.0 A/dm^(2),时间为25~30 min,温度为80~90℃时,可以获得厚度为1~3μm、可耐温400℃的黑色氧化膜。经适当封闭处理的2种材料表面的阳极氧化膜层阻碍了腐蚀介质的扩散,T1紫铜耐腐蚀性提高6.0倍,QAl9-4铝青铜合金耐腐蚀性提高2.5倍。生产应用表明该工艺稳定、操作简便,适用于T1紫铜、QAl9-4铝青铜合金材料产品大批量生产,能够满足产品装饰性、消光性、耐高温性和耐腐蚀性要求。

硅青铜和铝青铜光谱分析标准物质的研制

研制了2种硅青铜和10种铝青铜光谱分析标准物质。该标准物质以高纯铜为主料、按杂质元素的性质分批分期加入Cu-Fe、Ni、Si、Pb、Sn、Cu-As、Cu-S、Zn、Mn、Cr、Al、Cu-P等12种成分,采用250 kg中频感应炉冶炼,半连续铸造,2000吨水压挤压机挤压而成,确保了标准物质的均匀性。8家权威实验室用准确可靠的分析方法确定了13种元素的标准值和不确定度。元素定值区间分别为:Cu 80.92%~95.77%,Pb 0.0002%~0.0015%,Zn 0.0011%~0.034%,P0.0004%~0.0061%,Fe0.027%~4.09%,Sn0.0012%~0.033%,As0.00015%~0.0004%,Al7.69%~10.26%,Mn0.055%~2.10%,Ni0.030%~4.48%,Si0.0084%~3.31%,Cr0.012%~0.026%,S0.0008%~0.0009%。定值结果的扩展不确定度为0.00004%~0.10%(k=2)。该标准物质的均匀性与稳定性良好,定值结果准确,已被国家市场监督管理总局批准为国家级标准物质,硅青铜标准物质编号为GBW(E)020176、GBW(E)020177,铝青铜标准物质编号为GBW(E)020164~GBW(E)020173。

CuAl9Ni3Fe2铝青铜合金CMT增材修复工艺研究

针对核电厂循环水冲洗泵盖板表面结构完整性破坏失效的工程问题,基于冷金属过渡技术(Cold metal transfer,CMT),开展了CuAl9Ni3Fe2铝青铜合金电弧增材修复工艺的研究。通过单层单道成形、单层多道搭接成形以及多层多道试验研究,确定并固化了一套CuAl9Ni3Fe2铝青铜合金CMT增材修复工艺的关键参数;并借鉴已有成熟的核电设备制造工程实践,参考RCC-M规范要求,制定了该修复工艺的验证试验要求,明确了试验项目、试验标准及验收指标,并按要求完成试件的制备及试验。结果表明:采用研发的CMT增材修复工艺制备的熔敷金属外观成形优良,内部致密无缺陷且与母材熔合良好,力学性能与母材相当,各项试验结果均满足验收指标。可用于CuAl9Ni3Fe2铝青铜合金的CMT增材制造及修复。

某核电站凝汽器密封结构用镍铝青铜螺栓断裂原因

某核电站凝汽器密封结构用镍铝青铜螺栓发生断裂现象,采用宏观观察、化学成分分析、扫描电镜分析、力学性能测试、金相检验等方法对螺栓断裂的原因进行分析。结果表明:螺栓在潮湿的NH3环境下发生了应力腐蚀开裂;断裂螺栓在服役过程中受到不均匀的应力载荷,使表面应力腐蚀倾向变大,且螺栓长期处于自身应力腐蚀敏感介质中,在二者的耦合作用下,应力腐蚀裂纹萌生;裂纹沿残余应力较高的相界区域向内扩展,最终导致螺栓发生断裂。

镍铝青铜基体显微分析及其性能应用

通过SEM对镍铝青铜相及金属间组成物观察并分析其成分组元,研究其组织组成物的特点,根据微观组织来研究镍铝青铜合金常用的性能表现的机制,阐述了组织和应用之间的联系。

耐磨铝青铜材料冶金机理与行业应用

通过对铝青铜的相图分析其相组成物和组织组成物,总结Cu-Al二元合金和多元铝青铜的通过相或者组织反映出的特点,以便于更好的了解铝青铜在行业内的应用原理。

热喷涂铝青铜-聚苯酯涂层耐磨性能研究

本文采用大气等离子喷涂工艺在典型零件支承环上制备了铝青铜-聚苯酯耐磨涂层,测试了涂层硬度、结合强度、微观组织等性能,重点考核了在转速20000 r/min,输入扭矩800 N·m,滑油温度90~100℃,滑油压力0.2~0.3 MPa,运行时间50 h条件下的支撑环涂层整机台架试验后的耐磨性能;试验结果表明,制备的铝青铜-聚苯酯耐磨涂层硬度89.6 HR15Y,结合强度25.5 MPa,涂层组织均匀、孔隙率为15.18%,采用目视和体视显微镜检查台架试验后的典型件涂层外观状态,通过高精度三坐标测量方法计算涂层的磨损量,台架考核试验结果表明,典型件铝青铜-聚苯酯涂层完整、光滑,无开裂、剥离、剥落,涂层磨损最严重位置的磨损量为0.006 mm,涂层耐磨性能优异。

新型模具铝青铜合金材料的研制

进行了新型模具铝青铜合金材料的试制研究。结果表明 ,高铝 (13%～ 15 % Al)青铜合金中加入 Fe、Mn、Ni、Co等多元合金 ,通过 85 0～ 880℃油淬固溶 +5 80～ 6 0 0℃空冷时效处理 ,可以获得高强韧性 β相中弥散分布有 (α+γ2 )沉淀相 +κ相的组织。其性能优于国家最高牌号 QA110 - 3- 1.5 ,是替代铁基合金材料制作拉伸、挤压模具的理想材料。

高铝青铜Cu14AlX摩擦磨损特性的研究

利用RFT Ⅲ往复摩擦磨损试验机研究了新型铸造高铝青铜Cu14AlX的摩擦磨损特性。试验结果表明,通过适当提高Al的含量,进行多元合金化,可使铝青铜的耐摩性能得到提高。与普通铝青铜相比,在相同滑动速度、润滑条件、同一摩擦系数下,高铝青铜Cu14AlX的承载能力更大。

高铝青铜Cu-14Al-X合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

通过静态浸泡腐蚀实验、电化学实验、X射线衍射分析、扫描电镜、电子能谱仪、电子探针等方法研究高铝青铜合金Cu-14Al-X在3.5%NaCl(质量分数)溶液中的耐蚀性能及腐蚀行为。结果表明:在NaCl溶液中,Cu-14Al-X合金具有良好的耐蚀性能,合金中的(α+2γ)共析体和β′相、α相、K相相比,具有优先腐蚀倾向,合金发生的主要是脱铝腐蚀。腐蚀钝化膜的形成及热处理后合金各相成分趋于一致,均使合金耐腐蚀性能得到改善。