《複雜耐磨黃銅硬質相形成機理及相穩定機制研究》是依託大連理工大學,由接金川擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：複雜耐磨黃銅硬質相形成機理及相穩定機制研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：接金川
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
複雜耐磨黃銅是銅合金中對添加元素利用最充分的合金品種之一，代表了黃銅系列機械性能的最高水準，在汽車、航空及航海工業中有著廣泛套用。目前我國複雜黃銅耐磨性較國外差距很大，其主要原因就是合金組織形成機理及調控機制不清晰，尤其是作為承擔耐磨功能的硬質相，其形成熱力學、生長動力學及磨損過程中的相穩定機制均不清晰。鑒於此，本項目擬以複雜耐磨錳黃銅中的Mn-Si及Fe-Si硬質相為研究對象，研究其穩定存在的溫度區間，通過高能射線同步輻射技術揭示硬質相的生長動力學，進而通過施加電磁場主動控制其分布及形貌；分析固態相變條件下硬質相形成的熱力學條件及動力學機制，揭示硬質相在不同磨損條件下的相穩定機制。在闡明硬質相形成機理及磨損服役條件下相穩定性機制的基礎上，獲得最佳耐磨性所對應的硬質相形貌分布及控制手段。研究成果對於進一步理解/完善金屬材料合金組織形成及調控機制，製備高品質複雜耐磨黃銅具有重要意義。
結題摘要
目前，國產高強耐磨黃銅材料的使用性能與國外先進水平存在較大差距，本質問題在於對高強耐磨黃銅中硬質相的形成機理、生長機制以及在摩擦磨損過程中的作用機理缺乏深刻的認識，從而導致對硬質相的調控缺乏明確的方向和有效的手段。Mn5Si3和(Mn,Fe)5Si3是高強耐磨黃銅中重要的硬質相，是決定複雜錳黃銅具有優良耐磨性能的核心所在。為此，本項目以不同的複雜錳黃銅為對象研究了Mn5Si3和(Mn,Fe)5Si3硬質相的生長機制以及三維形貌演變，系統分析了硬質相的體積分數、尺寸和形貌對複雜錳黃銅力學性能和耐磨性能的影響機理。主要取得了以下的研究結果： （1）複雜錳黃銅含有少量的Fe時會同時形成 (Mn,Fe)5Si3和Mn5Si3硬質相。D88型複雜六方結構的[Mn(Fe)]5Si3硬質相擇優生長方向為<0001>和<112 ̅0>，且<0001>的生長速度大於<112 ̅0>，晶體傾向以小平面方式生長為長六稜柱形貌。 （2）在複雜錳黃銅的凝固過程中初生[Mn(Fe)]5Si3相在熔體中形核，隨著熔體溫度的降低初生[Mn(Fe)]5Si3相發生長大。複雜錳黃銅在高溫下等溫熱處理時β相基體中可以形成納米尺寸的Mn5Si3析出相。Mn5Si3析出相和β相基體存在共格界面關係時具有如下晶體學位向關係：(110)β//(11 ̅00)Mn5Si3和[1 ̅11]β//[112 ̅2 ̅]Mn5Si3。 （3）複雜錳黃銅的強化機理主要是基體向[Mn(Fe)]5Si3硬質相顆粒的載荷傳遞，其次是細晶強化。隨著[Mn(Fe)]5Si3含量的升高，複雜錳黃銅的硬度和強度提高，斷裂方式由韌性斷裂轉變為準解理和解理斷裂。當[Mn(Fe)]5Si3含量較高時，粗大且高長徑比的初生[Mn(Fe)]5Si3顆粒上存在大尺寸的孔洞。 （4）在高載荷作用下粗大且高長徑比的初生[Mn(Fe)]5Si3顆粒包含明顯的孔洞和凹陷，會促使磨損亞表層中形成嚴重的裂紋從而大幅降低複雜錳黃銅的耐磨性能。此外，發現細小的初生和共晶[Mn(Fe)]5Si3顆粒的適當結合可以有效抑制裂紋的形成，使得複雜錳黃銅具有優良的耐磨性能。
