熱處理課程設(shè)計--qal10-5-5鋁青銅，高應(yīng)力條件下工作的耐磨(編輯修改稿)
2025-07-12 23:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 合適的不一定是最好的或單價最貴的材料，以最 好的消耗量得到最大的效益，這就是經(jīng)濟(jì)性原則。 材料選擇 選擇 QAl1055 鋁青銅 零件設(shè)計： QAl1055 鋁青銅， 直徑為 32mm，長度為 500mm 的棒材。能在高應(yīng)力條件下工作，要求具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能、抗蝕和耐磨性。 材料基本參數(shù) QAl1055 材料簡介 QAl1055 是新國標(biāo) GB/T 52312021 中的鋁青銅合金的牌號，對應(yīng)美國 ASTM 的牌號是 C63280。 牌號 QAl1055 中 QAl 表示是鋁青銅，牌號中的 10 表示鋁含量為 10%左右。鐵的含量約為 5%，鎳的含量約為 5%。 QAl1055 屬鋁青銅，鋁青銅是以鋁為主加元素的銅合金，它不僅價格低廉，且強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性及耐熱性比黃銅和錫青銅都高，還可以進(jìn)行熱處理（淬火、回火）強(qiáng)化。當(dāng) Al含量小于 5%時，強(qiáng)度很低，塑性高；當(dāng) Al 含量達(dá)到 12%時，塑性已很差，加工困難。故實(shí)際應(yīng)用的鋁青銅的 Al含量一般在 5%~10%之間。當(dāng) Al 含量在 5%~7%時，塑性最好，適于變形加工，當(dāng) Al 量等于 10%，常用于鑄造。 QAl1055 材料的性能及用途 QAl1055 具有高強(qiáng)度，高溫力學(xué)性能良好，良好的減摩性，不易釬焊，抗蝕性良好， 制作高強(qiáng)的耐磨零件和高溫條件下工件，如軸襯，軸套，法蘭盤，齒輪及其他重要耐蝕零件，耐磨零件。 合格 確定材料 8 QAl1055 鋁青銅的化學(xué)成分 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） % Sn Zn Pb P Ni Al Fe Mn Si Cu ～ ～ ～ ～ 余量 注：雜質(zhì)含量≤ % QAl1055 力學(xué)性能 QAl1055 密度為 ，抗拉強(qiáng)度約為 743MPa，屈服強(qiáng)度約為438MPa，硬度 左右， 伸長率約為 16%。 第三章 工藝設(shè)計 加工 工藝 設(shè)計 材料的加工工藝路線是比較復(fù)雜的，根據(jù)對工件性能要求的不同，熱處理在加工工藝路線中的位置通常有以下三種情況： ⑴ 毛坯→正火（退火）→機(jī)械加工→工件成品（一般工件） ⑵ 毛坯→預(yù)先熱處理（正火、退火或調(diào)質(zhì)）→粗加工→最終熱處理（淬火、回火、化學(xué)熱處理等）→精加工（要求較高的工件） ⑶ 毛坯→預(yù)先熱處理→粗加工→淬火、回火或化學(xué)熱處理→半精加工→穩(wěn)定化處理或化學(xué)熱處理→精加工→穩(wěn)定化處理→工件成品（精密工件） 由于我們只需將鋁青銅 鑄錠加工成符合要求的棒材，加工工藝簡單，精度要求不高，所以綜合考慮后選擇第（ 1）條工藝路線。根據(jù) 所選 材料的 特點(diǎn) 及性能要求 ， 該材料 的 加工工藝為： 9 序號 工藝 內(nèi)容 設(shè)備 1 鑄錠加熱 將鑄錠均勻化退火，以消除組織成分的不均勻，改善組織 性能 中溫箱式電阻爐 2 擠壓 將鑄錠擠壓得到直徑 32mm的棒材 銅材擠壓機(jī) 3 矯直 將擠壓后的棒材進(jìn)行形狀矯正 棒材矯直機(jī) 4 均勻化退火 保證具有良好的綜合力學(xué)性能 5 切割 將熱處理后的棒材切割到長度達(dá)到要求的 500mm 砂輪 6 磨削 將切割后的平面進(jìn)行加工 磨床 7 檢驗 熱處理工藝設(shè)計 材料 的 相圖及分析 CuAl 二元相圖 10 銅鋁合金中的相 ? α相為鋁在銅基中的固溶體，面心立方晶格，硬度低，塑性好，易加工。 ? β相為 Cu3Al，具有體心立方結(jié)構(gòu)的無序固溶體，具有較高的強(qiáng)度和較好的塑性，僅在高溫下穩(wěn)定。在 565 ℃發(fā)生共析分解β→ α + γ 2。 ? γ 1和γ 2相是以 Cu9Al4電子化合物為基的固溶體，γ 2相硬而脆，能提高合金的耐磨性。 當(dāng)鋁含量小于 ％的合金在所有溫度下均具 有單相α固溶體組織。當(dāng) Al含量在 ~%時，合金在 1036565℃范圍內(nèi)其組織組成物α +β兩相組織，565℃以下為α單相固溶體，但由于冷卻速度較快，β→α的轉(zhuǎn)變來不及完成，有一部分β相剩余下來，形成的馬氏體β ’ ，并在隨后轉(zhuǎn)變?yōu)楣参鲶w（α +γ 2）。含 ～ ％ Al 時，合金相變過程極為復(fù)雜，合金緩慢冷卻到 565℃時，發(fā)生β→α +γ 2轉(zhuǎn)變，形成共析體組織。 (α +γ 2)共析體組織與退火鋼中的珠光體相似，具有明顯的片層狀特征。當(dāng)出現(xiàn)粗大的γ 2 顆粒時，將導(dǎo)致合金變脆，產(chǎn)生“自行退火”現(xiàn)象，在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)避免。但是β相的共析成分比較緩慢，它在快速冷卻時來不及分解而產(chǎn)生亞穩(wěn)定組織。 當(dāng)鋁含量為 10～ ％的亞共析鋁青銅在生產(chǎn)過程中快速冷卻時，合金中高溫下的β相會發(fā)生無擴(kuò)散型相變，形成針狀的β ’ 馬氏體組織。 鋁含量大于 ％的鋁青銅由β固溶體過渡到有序的β 1 固溶體，然后隨著合金中鋁含量的增加再轉(zhuǎn)變成針狀β ’ 馬氏體或β’ + γ 2。因此，合金在高溫淬火后大部分為針狀β ’ 馬氏體 組織。β ’ 馬氏體具有較高的強(qiáng)度和硬度，塑性很低；β ’ 是一種亞穩(wěn)定過飽和固溶體，在時效過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)變。 11 CuAlFeNi 四元平衡圖縱截面 當(dāng)合金從高溫冷卻時，由于實(shí)際冷卻過程是非平衡凝固過程，高溫β相在低溫冷卻時仍有可能存在并同時發(fā)生轉(zhuǎn)變，緩慢冷卻時， 合金在 565℃發(fā)生β→α + γ 2 的共析轉(zhuǎn)變形成α + γ 2 +κ三相組織；快速冷卻時，β→α + γ 2 的共析轉(zhuǎn)變被抑制，β相發(fā)生無擴(kuò)散馬氏體型相變而生成針狀β180。相；因而合金在850℃、 900℃固溶處理冷卻后的組織為α +β +κ三相組織，溫度超 過 925℃～950℃固溶處理冷卻后的組織為α +β兩相組織，更高溫度 (1000℃以上 )固溶處理冷卻后的組織為單一β ’ 相。β ’ 相是一種亞穩(wěn)定的組織，在室溫或較高溫度下會發(fā)生分解析出第二相。當(dāng)溫度低于 950℃時，其組織中就會出現(xiàn)κ相，κ相的析出形態(tài)是相當(dāng)復(fù)雜的，它依沉淀方式而變化，可呈細(xì)粒狀、塊狀或?qū)訝畹取?κ相的析出形態(tài)對合金的機(jī)械性能有很大的影響。 12 不同固溶溫度后的組織 熱處理工藝制度 的制定 ? 預(yù)備熱處理工藝制度的制訂 由于 QAl1055 鋁青銅在熱擠壓是具有較高的溫度，雖然加熱時間較短，但可以起到固溶的效果。對于 QAl1055 鋁青銅的研究表明 4 個工藝參數(shù)對合金影響由大到小的順序依次為時效溫度
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