QAl9-2 是含錳鋁青銅的典型牌號(hào),成分組成為銅 88%-90%、鋁 8%-10%、錳 1.5%-2.5%,雜質(zhì)總含量≤0.5%。9% 的鋁提供基礎(chǔ)強(qiáng)度,2% 的錳細(xì)化晶粒并提升耐磨性,室溫抗拉強(qiáng)度 650-700MPa,布氏硬度 180-200HB,延伸率 15%-18%,成為機(jī)床、水泵等 “中等重載 + 耐磨” 工況的專(zhuān)用材料。
錳的細(xì)化耐磨機(jī)制是其性能核心。鋁與銅形成 Cu?Al 強(qiáng)化相(體積分?jǐn)?shù) 15%-18%),為合金提供基礎(chǔ)強(qiáng)度;錳則通過(guò)抑制晶粒長(zhǎng)大,將晶粒尺寸從 40μm 細(xì)化至 20μm,同時(shí)形成 MnAl?硬質(zhì)相(直徑 15-20nm),均勻分布于基體,使合金耐磨性比不含錳的 QAl9 提升 25%。某機(jī)床廠的 QAl9-2 導(dǎo)軌襯套,在潤(rùn)滑油潤(rùn)滑下運(yùn)行 10000 小時(shí),磨損量?jī)H 0.03mm,比 QAl7 襯套延長(zhǎng) 50% 使用壽命。錳還能改善合金的鑄造性能,減少氣孔與夾雜,某水泵廠的 QAl9-2 葉輪,鑄造后無(wú)內(nèi)部缺陷,水力效率保持 90% 以上。
力學(xué)性能適配耐磨中等重載。室溫屈服強(qiáng)度 380-420MPa,既能承受機(jī)床導(dǎo)軌、水泵葉輪的中等載荷,又因錳的細(xì)化作用,具備一定韌性(沖擊韌性≥50J/cm2),某機(jī)床的 QAl9-2 傳動(dòng)齒輪,在過(guò)載沖擊下,無(wú)斷齒現(xiàn)象。其耐蝕性在淡水與輕度工業(yè)水中表現(xiàn)穩(wěn)定,年腐蝕速率 0.022mm,某自來(lái)水廠的 QAl9-2 水泵軸,在含泥沙的自來(lái)水中運(yùn)行 6 年,無(wú)銹蝕或磨損導(dǎo)致的密封失效。
加工工藝需適配錳的特性。熱加工溫度控制在 850-900℃,此時(shí)合金處于 α+β 相區(qū),塑性良好(伸長(zhǎng)率≥20%),單道次鍛造變形量 35%,某重型機(jī)床的 QAl9-2 主軸毛坯,經(jīng) 3 火次鍛造后,鍛件流線(xiàn)沿軸線(xiàn)分布,力學(xué)性能各向異性≤5%。冷加工性能適中,冷軋道次變形量 20%-25%,中間經(jīng) 600℃×1 小時(shí)退火,恢復(fù)塑性,某精密軸套的 QAl9-2 管材,經(jīng)冷拔后圓度誤差≤0.01mm,配合間隙控制在 0.005-0.01mm。
焊接采用氬弧焊工藝,選用含錳 2% 的鋁青銅焊絲,焊前預(yù)熱至 250℃,焊后經(jīng) 650℃×1 小時(shí)退火,消除焊接應(yīng)力,接頭強(qiáng)度達(dá)母材的 85%,某機(jī)床管路焊接后,在 1.5MPa 壓力下無(wú)泄漏,焊縫處耐磨性能與母材一致。
制備工藝注重錳的均勻分布。采用工頻爐 1050℃熔煉,錳以錳銅中間合金(錳含量 20%)形式加入,避免錳直接加入時(shí)的燒損;鋁以純鋁塊投入,攪拌 30 分鐘(速率 25r/min),確保元素均勻。鑄錠經(jīng) 750℃×4 小時(shí)均勻化處理,消除枝晶偏析;熱軋時(shí)道次變形量 30%,終軋厚度根據(jù)成品需求控制在 5-50mm;冷軋后經(jīng) 580℃×1.5 小時(shí)時(shí)效處理,促進(jìn) Cu?Al 與 MnAl?相析出,穩(wěn)定性能。
應(yīng)用場(chǎng)景集中在耐磨中等重載領(lǐng)域:機(jī)床導(dǎo)軌襯套、水泵葉輪與軸、通用機(jī)械傳動(dòng)齒輪、自來(lái)水設(shè)備部件、紡織機(jī)械羅拉等。在某數(shù)控機(jī)床項(xiàng)目中,QAl9-2 制作的導(dǎo)軌與齒輪部件,不僅因耐磨性延長(zhǎng)維護(hù)周期(從 6 個(gè)月至 1 年),還因錳細(xì)化帶來(lái)的尺寸穩(wěn)定性,使機(jī)床加工精度保持誤差≤0.005mm,充分彰顯其 “錳細(xì)化 + 耐磨重載” 的核心價(jià)值。
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