Si、Bi、Sb對(duì)ZA40合金組織及性能的影響.pdf

1、鋅鋁合金作為減摩耐磨材料，具有很大優(yōu)勢(shì)，主要在機(jī)械行業(yè)代替銅合金制造軸承、軸瓦等材料具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于ZA27合金中硬質(zhì)點(diǎn)相的種類(lèi)少，硬度低，因此提高鋅鋁合金中硬質(zhì)點(diǎn)相的數(shù)量和種類(lèi)，以在更大的范圍內(nèi)替代銅合金成為更重要的研究?jī)?nèi)容。含硅的高鋁（Al≥27％）鋅基合金有著較高的力學(xué)性能和遠(yuǎn)大于ZA27合金的耐磨性能，但隨著合金中含硅量的提高，大量的塊狀初生硅相的析出使合金綜合性能下降，并且隨著合金中鋁含量提高，合金的“老化”現(xiàn)象越嚴(yán)重

2、。本文在ZA40合金中加入Bi、Sb元素，通過(guò)Si/Al比來(lái)控制合金中Si含量，并采用新變質(zhì)工藝，旨在提高ZA40合金的綜合性能以及改善合金時(shí)效后的尺寸穩(wěn)定性。試驗(yàn)采用光學(xué)金相分析（OM），掃描電境（SEM）、能譜分析（EDS）、X射線(xiàn)分析（XRD）、力學(xué)性能、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性等分析和測(cè)試手段，較系統(tǒng)地研究了Bi、Sb對(duì)ZA40合金顯微組織和力學(xué)性能的影響及作用機(jī)理。主要研究結(jié)果如下： ⑴在含硅的ZA40合金中，當(dāng)Si/Al≥

3、9％（含Si3．6wt％）時(shí)，合金中出現(xiàn)多角狀初生Si，隨著Si/Al比的增大，合金中初生Si數(shù)量增多，形態(tài)惡化；綜合考慮，Si/Al比為9％，即ZA40合金中含Si量為3．6wt％，合金的綜合力學(xué)性能最好，抗拉強(qiáng)度為390MPa，硬度為151HB，伸長(zhǎng)率為1．0％，沖擊韌性為5．76J/cm-2，其磨損量最小，為0．0033g，僅為標(biāo)準(zhǔn)ZA27的10．86％；隨著Si/Al比的提高，合金在150℃和室溫下的尺寸變化率降低，即尺寸穩(wěn)定性

4、提高。 ⑵在Si/Al比15％的ZA40合金中加入Bi元素，XRD檢測(cè)到所有相和組織為α相、初生Si相、ε相、純Bi相、共析體（α+η）。在金屬型快速凝固過(guò)程中，除少量Bi固溶到α相中外，大量Bi以純Bi相分散在基體中。加入1．0％Bi對(duì)合金中初生Si細(xì)化作用最佳，合金的綜合力學(xué)性能也最佳，硬度為134HB，沖擊韌性為4．15J/cm-2，比不加Bi的ZA40合金提高15．6％：在Si/Al比15％的ZA40合金中加入0．5％B

5、i，其磨損量為標(biāo)準(zhǔn)ZA27的13．8％，為不加BiZA40合金的33．6％，這主要是Bi的自潤(rùn)滑作用引起的。 ⑶Bi元素含量對(duì)含硅ZA40合金室溫尺寸變化率有顯著影響，含Bi量1．0％合金尺寸變化率絕對(duì)值最小，為0．0843‰，比不加Bi的ZA40合金減小79．3％。在150℃條件下，Bi含量、Si/Al比及他們的交互作用均對(duì)試驗(yàn)結(jié)影響不顯著，相比之下，Si/Al比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果起主要影響作用。 ⑷在含硅的ZA40合金中加入

6、Sb元素，XRD檢測(cè)到所有相和組織為α相、初生Si相、ε相、Sb與Zn形成Zn3Sb4化合物相、共析體（α+η）。Sb與Zn形成的Zn3Sb4化合物抑制α相生長(zhǎng)，從而細(xì)化α相枝晶，加入1．8％Sb對(duì)合金中初生Si細(xì)化作用最佳；加入1．8％Sb時(shí)合金綜合力學(xué)性能最好，合金硬度153HB，韌性為3．70 J/cm-2，比不加Sb合金韌性提高3．1％；在Si/Al比15％的ZA40合金中加入0．5％Sb，其磨損量為標(biāo)準(zhǔn)ZA27的26％，為不加