4GPa压力热处理对Cu-Al合金组织和硬度的影响.pdf

O~O~o~o O~O~O~O~ 一试验研究～ 4 GPa压力热处理对Cu-AI合金组织和硬度的影响 许涛 ，马 强 ，陆金权 (1．大庆石油学院秦皇岛分院，河北秦皇岛066004；2．燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066004； 3．秦皇岛市安冶精密铸造有限公司，河北秦皇岛066004) 摘 要：采用金相显微镜、扫描电镜(SEM／EDS)及x射线衍射仪(XRD)分析了经4 GPa压力热处理前后 Cu．Al合金的组织，并对其硬度进行了测试。结果表明，4 GPa压力能细化Cu-Al合金的组织，提高 合金的硬度，但并未导致新相形成。 关键词：cu—Al合金；4 GPa压力；组织；硬度 中图分类号：TG166．2 文献标识码：A 文章编号：1008—1690(2010)06—0034—003 Effect of 4 GPa Pressure Heat Treatment on Microstructure and Hardness of CU．Al Alloy XU Tao ，MA Qiang ，LU Jin—quan (1．Qinhuangdao Branch，Daqing Petroleum Institute，Qinhuangdao 066004，Hebei； 2．College of Mechanical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao 066004，Hebei； 3．Qinhuangdao Anye Precision Casting Co．，Ltd．，Qinhuangdao 066004，Hebei) Abstract：The microstructure of Cu—A1 alloy before and after 4 GPa pressure heat treatment was investigated by means of OM，SEM／EDS and XRD，and the hardness of the Cu-A1 alloy was also measured．The results show that 4 GPa pressure can refine the structure and increase the hardness without producing any new phase for the Cu·A1 alloy． Key words：Cu-A1 alloy；heat treatment；4 GPa pressure；microstructure；hardness Cu—Al合金具有较高的强度、硬度以及良好的 抗大气、海水腐蚀的性能，在航天、船舶及机械等领 域得到了广泛的应用。但Cu．Al合金主要缺点是晶 粒粗大，塑性较差¨I2 J，使其应用受到限制。高压具 有促进形核、减小原子扩散系数及抑制晶粒长大等 作用 J，因而采用高压热处理来细化cu．Al合金的 组织是值得研究的课题。为此，本文通过对经4 GPa压力热处理前后cu—Al合金的组织与硬度进行 分析与测试，探讨了高压热处理对Cu-Al合金组织 与硬度的影响。 1 试验材料与方法 试验材料为退火态Cu．Al合金，其主要化学成 分(质量分数，％)为：87．48Cu、12．15A1。将尺寸为 8 mm x 10 mm的试样密封在石墨套管内，用叶蜡 石为传压介质，在CS．IIB型六面顶压机上进行高压 试验。压力为4 GPa，加热至750 oC，保温15 rain 后，断电保压自然冷却至室温，卸压取出试样。用 HVS一1000硬度计测试上述试样的硬度，并借助 Neophot21金相显微镜、KYKY-2800型扫描电镜(配 带能谱EDS)和D／MAX．rB型x射线衍射仪(带石 墨单色器，K 辐射)对试样组织、微区成分及组成 相进行分析，并与常压下经相同工艺热处理后的试 样作比较。 2试验结果与分析 2．1 Cu-AI合金的显微组织 图1为经4 GPa压力热处理前后Cu-A1合金的 显微组织。可以看出，cu_Al合金组织是由不规则 的白色条块状和黑色区域构成。由XRD衍射图 收稿日期：2009—11—29 作者简介：许 涛(1966一)，男，黑龙江肇东人，教授，主要从事金属材料改性方面的研究。联系电话： 1 3933552003， E—mail：xt4535@yahoo．corn．cn 基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(1 1541012) ·34· 《热处理》 2010年第25卷第6期 (图2)可知，该合金组织由 相、少量的Al cu 和 A1Cu 组成，其中 相是以cu为基的固溶体，属面 心立方结构，Al cu。和A1Cu 分别为体心立方和斜 方晶体结构。EDS分析表明，白色条块状和黑色区 域的主要成分是cu和AJ元素，且白色条块状中的 Cu元素含量(90．45％～92．12％，质量分数)较黑色 区域中的Cu元素含量(85．64％～87．56％，质量分 数)多，可以断定，白色条状为 相、Al Cu 和A1Cu， 相主要存在黑色区域中。经常压热处理后，cu—Al 合金组织明显细化；经4 GPa压力处理后，cu—Al合 金组织细化更明显。XRD结果表明，Cu—Al合金经 4 GPa压力热处理后的组织中，仪、A1 Cu 和A1Cu， 相的衍射峰强度和位向有所变化，但并未导致新相 生成 图1 不同状态Cu-AI合金的显微组织 (a)原始态；(b)常压热处理；(C)4 GPa热处理 Fig．1 Microstructures of Cu—A1 alloy in different conditions (a)not heat—treated；(b)heat—treated at normal pressure；(c)heat—treated at pressure of 4 GPa 2o／(。) (a) 图2不同状态Cu-AI合金的XRD图谱 (a)原始态；(b)4 GPa热处理 Fig．2 XRD patterns of Cu—A1 in different conditions (a)not heat—treated；(b)heat—treated at pressure of 4 GPa 2．2 Cu—AI合金的硬度 表1为不同状态cu—Al合金的硬度测试结果。 可以看出，经4 GPa压力热处理后，cu．Al合金的硬 度值为211 HV，较处理前的硬度186 HV提高了25 HV；而经相同工艺常压热处理后其硬度值较处理前 的硬度仅增加了6 HV，这表明高压热处理能显著提 高Cu—AI合金的硬度。 2．3讨论 由cu．Al合金相图可知 J，温度在565℃时，合 金将发生固态相变，相变是新晶粒的形成与长大的 表1 Cu—AI合金的硬度 Table 1 Hardnesses of Cu-AI alloy 过程，是以原子的扩散来实现的。在高压热处理过 程中，高压力能使cu．Al合金组织内产生巨大的内 应力，在晶粒内部产生晶格畸变和大量位错，为新相 的形核提供更多的部位，同时高压力也能使形成晶 核所需的临界能量减小，有利于晶核的成核。再者， 高压力能减小原子问距，降低原子的扩散系数，抑制 《热处理》 2010年第25卷第6期 。35。 舍： ：全：舍：全!， ：舍： 一试验研究～ 20CrMoH钢奥氏体化时的晶粒长大行为 郭吉惠，宋建萍 (宝钢股份有限公司特殊钢分公司，上海 200940) 摘要：研究了20CrMoH钢奥氏体化时的晶粒长大倾向，以获得最佳的渗碳温度。结果表明，20CrMoH钢 的奥氏体晶粒随奥氏体化温度升高而逐渐长大，符合晶粒长大的一般规律，并且在950 oC以下奥氏 体均能保持较细的晶粒度。为防止奥氏体晶粒急剧粗化，渗碳温度应控制在950 oC以下，最佳温度 为930 oC。 关键词：20CrMoH钢；奥氏体化；晶粒度 中图分类号：TG142．1 1 文献标识码：A 文章编号：1008—1690(2010)06．0036—004 Grain Growth Behavior of 20 CrMoH Steel during Austenitizing GUO ji—hui，SONG Jian—ping (Special Steel Branch，Baushan Iron&Steel Co．，Ltd．，Shanghai 200940) Abstract：The susceptibility to grain growth during austenitizing was investigated to obtain optimum carburizing tem— perature for 20CrMoH stee1．The experimental results show that as a general rule，the austenite grain in 20 CrMoH steel will grow with the increase of austenitizing temperature and can be maintained at a fine level up to 950 oC． The carburizing temperature of 20CrMoH steel is to be controlled below 950℃to prevent the austenite grain from rapid growing．with the optimum carburizing temperature being 930℃． Key words：20CrMoH steel；austenitizing；grain size 20CrMoH钢作为汽车后桥齿轮及变速箱齿轮 用钢，近年来得到了广泛的应用。该Cr．Mo系齿轮 钢适用于渗碳及碳氮共渗，其最大优点是末端淬透 性稳定，热处理畸变小，渗碳后的脆断抗力较高。 晶粒的大小是一项重要指标，因为晶粒粗大使渗 碳层碳浓度相对提高，导致脆性增加，弯曲强度下降， 收稿日期：2009—08—07 作者简介：郭吉惠(1980-)，男，辽宁庄河市人，硕士，从事有关结构钢产品的研发工作。联系电话：021- 26032425，1 3585657365 晶核长大_6』。因此，Cu．A1合金经4 GPa压力热处 理后获得的晶粒尺寸较小。高压热处理能细化合金 的组织，增大合金的致密度，这就是cu—Al合金经4 GPa压力热处理后硬度提高的主要原因。 3 结论 高压热处理能细化Cu．A1合金的组织，提高合 金的硬度。cu—Al合金经4 GPa压力热处理后，其硬 度由处理前的186 HV增至211 HV，但并没有新相 形成。 参考文献 [1]李小娟．铝青铜的组织细化工艺研究[J]．热加工工艺，2009 38(6)：153—154． ·36· [2]关小平，王志宙．冷却速度对淬火铝青铜组织形貌的影响[J]． 热加工工艺，2008，37(14)：83—85． [3]Zhang XY，Zhang JW，Zhang FX．Formation of nanocrystalline Fe73 5c l Nb3si3 5B9 alloy under high pmssum[J]．Science in China Series A—Mathematics Physics Astronomy，1999，42(4)： 407．413． [4]Liu Y G，Xu L，Wang Q F．Bulk alpha—Fe／Nd2Fel4B nanocom· posite magnets prepared by the phase transition of amorphous Nd9 Fe81 c03 Nh1 B6 under high pressure[J]．Materials 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