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合金元素對(duì)9-4鋁青銅的影響

   QAl9-4為含鐵的鋁青銅,有高的強(qiáng)度和減摩性，良好的耐蝕性，在熱態(tài)下壓力加工性良好,可電焊和氣焊,但纖焊性不好，可用作高錫耐磨青銅的代用品。鋁青銅具有很高的強(qiáng)度(可與鋼比)和高的沖擊韌性、高的疲勞強(qiáng)度、耐磨、 耐蝕、耐寒、耐熱性，沖擊不生火花，流動(dòng)性好，可得到致密的鑄錠和鑄件等， 鋁青銅是機(jī)械制造業(yè)中最值得注意的結(jié)構(gòu)材料，尤其是 Cu— Al為基的鋁鐵青銅、鋁鐵錳青銅、鋁鐵鎳青銅等，具有很高的強(qiáng)度，并有良好的抗蝕性能。

二、QAl9-4化學(xué)成分含量、合金元素對(duì)其的影響

1、鐵元素對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

（1）F e在鋁青銅中的固溶度很低（約0.4%～0.8%），當(dāng)超過固溶度上限時(shí)，富鐵的к相（FeAl）初晶析出來成為晶核，細(xì)化合金組織，提高力學(xué)性能。因此，鑄造鋁青銅9-4的組織由α＋β＋к 組成。

（2）含 4％Fe 時(shí)，呈含鐵相(即Fe -Al )微粒從熔體中析出，作為α相非自發(fā)核心使合金晶粒細(xì)化，使硬度和強(qiáng)度大大提高。含Fe 約 4％時(shí)的C u-Al合金 ，對(duì)A l在α鐵中的溶解度影響不大并提高其共析合金中的含A1 11．8％提高到12 ．5 ％，這既提高鋁青銅的強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)保持較高的韌性很有好處。

（3）含Fe＞5%時(shí)，含鐵相增多，降低合金的耐蝕性。鋁青銅的F e一般以3%～4%為宜。含M n的鋁青銅，細(xì)化晶粒所需要的含Fe量隨Mn的增加而減少。如含M n＜1%時(shí)，細(xì)化晶粒至少需要F e＝3.5%，但Mn達(dá)8%～10%時(shí)，Fe只有 3%便足夠了，更多的鐵會(huì)使耐蝕性能降低。鐵對(duì)共析轉(zhuǎn)化的影響不大，只是稍微減慢低溫時(shí)的共析轉(zhuǎn)化速度，因此略為有利于減弱徐冷脆性。

（4）Fe 還能延緩原子擴(kuò)散過程，細(xì)化再結(jié)晶晶粒，抑制重結(jié)晶相變，阻礙(α+γ)共析體的形成，以減少鑄件緩慢冷卻時(shí)的“自發(fā)回火脆性 ” 。ZQA1 9-4 鋁鐵青銅在緩冷條件下，具有 α+(α+γ)+FeA13相組織。

（5）隨著合金中Fe元素的增加，合金的抗拉強(qiáng)度大大增加。

2、鋁元素對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

   高鋁青銅合金的吸氣量很大，若在熔煉過程中除氣不徹底 ，則在凝固時(shí)隨溫度的下降，溶解在合金中的飽和狀態(tài)的氫將析出并形成氣泡，實(shí)際澆注時(shí)液面呈現(xiàn)明顯上漲 ，產(chǎn)品斷面上均勻分布著細(xì)小的孔眼，多數(shù)呈針孔狀，有少數(shù)呈多角形或斷續(xù)裂紋狀。 N i、 A l元素，加劇了該合金的吸氣傾向，使產(chǎn)生氧化夾雜的可能性增加，因而對(duì)鑄造工藝及熔煉工藝提出嚴(yán)格要求 。

（1）鋁在銅中的固溶度很高，并隨溫度下降而增大，最大可達(dá)9.4%（565℃）。

（2）Al＜9.4%的合金，在十分緩慢冷卻的條件下為α單相固溶體組織，但在鑄造條件下Al＝7.5%時(shí)，便在α相周界出現(xiàn)β相。

（3）β相在 565℃發(fā)生共析轉(zhuǎn)化而分解成硬而脆的共析體，β≒ α＋γ2。這個(gè)共析轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行的比較快，當(dāng)鑄件壁厚較厚，因而冷卻速度較慢時(shí)，更多的β相被分解，致使合金發(fā)脆。這種現(xiàn)象稱為鋁青銅的自行退火或徐冷脆性?？刹捎靡韵聝煞N方法來防止鋁青銅的自行退火，使組織主要由α＋β或β相組成：一是加快鑄件的冷卻速度，使γ2來不及析出；另一種方法是在合金中加入Fe、Mn、Ni等合金元素。前一種方法容易在鑄件中引起應(yīng)力或裂紋，因此，在生產(chǎn)中多采用第二種方法。這種加入了合金元素的鋁青銅稱為復(fù)雜鋁青銅。

3、鋅元素對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

鋅作調(diào)節(jié)溫度和預(yù)脫氧之用，隨著合金中Zn元素的增加,合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率都大大下降。加鋅可改善其鑄造性能。鋅在Cu-Al合金中有限溶解，擴(kuò)大α相區(qū)，Zn會(huì)減少Cu-Al-Ni-Fe富鐵相質(zhì)點(diǎn)，使耐磨性下降，加工鋁青銅的雜質(zhì)鋅的最大含量為1.0%。                

4、錳元素對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

   錳在Cu-Al合金α固溶體中有一定的固溶度，可以進(jìn)行固溶強(qiáng)化處理，從而提高合金的力學(xué)性能。錳對(duì)β相具有穩(wěn)定作用，因而隨著錳含量的增加，β相穩(wěn)定性得到提高，降低了相變開始溫度，延遲了共析轉(zhuǎn)變，從而避免或減少了γ2相的出現(xiàn)。當(dāng)鋁青銅中錳含量不超過其最大溶解度( 14%)時(shí)，隨著錳含量的增加，合金耐蝕性提高。向含錳的鋁青銅添加鐵元素，由于Fe具有細(xì)化晶粒的作用，使合金的性能得到改善，但同時(shí)Fe會(huì)減弱錳對(duì)β相的穩(wěn)定作用。

5、硅元素對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

硅的加入促進(jìn)γ相析出，使合金具有時(shí)效強(qiáng)化效果。硅含量越高，強(qiáng)化效果越大，但合金脆性增加，難以成型。在該合金中，硅首先溶解在塊狀相中，使塊狀相強(qiáng)化，當(dāng)硅含量較高時(shí)才部分溶于基體中，使基體硬度提高。

硅是鋁青銅的雜質(zhì)，但能改變合金的可切削性能。其含量不得超過0.2%，對(duì)大多數(shù)鋁青銅不得大于0.1%。

6、鈷元素對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

隨著Co元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，在低速低載的摩擦條件下，合金的磨損量是先增加后減少，合金表現(xiàn)為典型的低應(yīng)力擦傷式磨料磨損，氧化磨損和輕微的疲勞磨損。在中速中載的摩擦條件下，磨損量是先減少后增加，合金的磨損表現(xiàn)為高應(yīng)力磨料磨損和嚴(yán)重的氧化磨損、疲勞磨損。

7、磷、硫?qū)?/span>ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

磷、硫是鋁青銅的有害雜質(zhì)，降低合金的力學(xué)性能，工藝性能及其他性能。磷是良好的脫氧劑，還能改善流動(dòng)性和耐磨性。 青銅中加入1%以內(nèi)（通常是0.5%）的P來當(dāng)做強(qiáng)力脫氧劑，也改善液流而使合金不僅硬度與強(qiáng)度超越了青銅，也改善了耐磨耗性，提高彈性強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度，也保有青銅良好的耐腐蝕性能，對(duì)于海水、溫泉類水源、硫酸水、硫酸等耐腐蝕性很優(yōu)秀。

8、錫對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

  Sn化合物構(gòu)成的腐蝕膜層，使抗腐蝕性增強(qiáng)，錫能夠提高耐腐蝕性 。

9、鉛對(duì)ZQ A 1 9 -4 鋁鐵青銅的影響。

   加鉛可改善可切削性和耐磨性，