热处理及搅拌摩擦处理工艺对铜合金组织和应力腐蚀性能的影响

作     者：韦刚 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟志宏

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：CuZn39Pb3合金 CuAl9Ni4Fe4Mn2合金 应力腐蚀 热处理 搅拌摩擦处理 

摘      要：为满足我国建设海洋强国,人们对海洋环境中材料的服役安全问题日益关注。铜合金具有优良的耐腐蚀性能和力学性能,被广泛地用于制造船舶系统,耐磨板、齿轮和轴承等大型工程部件。铜合金的耐腐蚀性能与合金显微组织密切相关。热处理和搅拌摩擦处理可以改变铜合金的微观组织结构,从而对铜合金的应力腐蚀开裂行为产生影响。因此本文选取了两种海洋装备用材CuZnPb合金和CuAlNiFeMn合金进行应力腐蚀行为研究。主要研究了热处理对CuZnPb合金组织及抗应力腐蚀影响;热处理及搅拌摩擦处理对CuAlNiFeMn合金组织及抗应力腐蚀影响。本文的主要研究结论如下:(1)CuZnPb合金的应力腐蚀敏感性取决于α相的尺寸与占比、β相分布的连续性以及游离态的Pb分布相关。连续分布的β相会引起较差的耐蚀性,游离态Pb相容易在α相和β相的界面处聚集,α相粗大和β相连续分布会导致相界面面积减小,导致Pb相在界面处聚集,降低界面结合应力,进一步降低材料的抗应力腐蚀性能。慢应变速率拉伸(SSRT)试验表明,退火后合金的抗应力腐蚀性能最差;450℃时效后,合金中细小的α相对β相有劈裂作用,β相含量最少,游离态Pb均匀化,综合力学性能和抗应力腐蚀性能最好。(2)CuAlNiFeMn合金在腐蚀溶液中的应力腐蚀开裂倾向强度与合金中易腐蚀组织的含量有关。连续层状kiii/α共析组织和β相是应力腐蚀的敏感区。正火态由于存在大量未转变的β相,析出的α组织粗大,α相界面的kiii/α共析组织表现出最低的力学性能和抗应力腐蚀性能。而450℃时效态、550℃时效态的合金中kiii/α共析组织和β相较少,应力腐蚀敏感低。(3)经搅拌摩擦处理后,CuAlNiFeMn合金组织发生了变化,搅拌区组织得到了细化。相比与铸态合金,搅拌摩擦处理后的CuAlNiFeMn合金的极限抗拉强度得到提高,断后延伸率降低,应力腐蚀敏感性有所降低。对搅拌摩擦处理后的CuAlNiFeMn合金进行热处理,合金组织得到了优化,合金的应力腐蚀敏感性进一步降低,延伸率没有发生改变,合金的强度发生降低。热处理前后,搅拌摩擦处理合金的SSRT测试后试样断裂位置发生变化,热处理前试样断于热影响区,热处理后试样断于热机影响和搅拌区交界位置,这归因于热影响区中易腐蚀β相的溶解。