HotWorkingTechnology2014,Vol.43,No.22ZCuAl9Fe4Ni4Mn2镍铝青铜的化学成分优化李高峰1,马敏团1,黄引平1,杨小建1,杨军1,邓培忠2(1.中国船舶重工集团公司第十二研究所,陕西兴平713102;2.陕西柴油机重工有限公司,陕西兴平713105)摘要：研究了ZCuAl9Fe4Ni4Mn2镍铝青铜螺旋桨材料化学元素、铝当量和铁镍比对合金力学性能的影响，确定了合金的最佳成分范围。关键词：镍铝青铜；螺旋桨；铝当量；铁镍比：TG142.4文献标识码：A：1001-3814(2014)22-0126-02OptimizationforChemicalConstitutionofNickel-AluminumBronzeLIGaofeng1,MAMintuan1,HUANGYinping1,YANGXiao激an1,YANGJun1,DENGPeizhong2(1.CSICNo.12ResearchInstitute,Xingping713102,China;2.ShaanxiDIselEngineHeavyIndustryCo.,Ltd.,Xingping713105,China)Abstract：Thechemicalcomposition,aluminumequivalentandratioofFe/Niofnickel-aluminumBronzepropellerZCuAl9Fe4Ni4Mn2whicheffectthemechanicalpropertywerediscussedandtheoptimalchemicalcompositionofthealloywasdetermined.Keywords：nickel-aluminumbronze;propeller;aluminumequivalent;Fe-Niratio铸造铝青铜是20世纪初发展起来的，由于它具有优良的耐蚀性和可以同钢媲美的强度和韧性，因而在工业中得到广泛应用。工业上使用的铝青铜，含铝量一般为7wt%~10wt%，强度高，适用于铸造。实际使用中为了进一步改善铝青铜的有关性能，常用的铝青铜是在二元铝青铜的基础上添加一定量的锰、铁、镍、锌和锡等元素而形成的多元铝青铜。例如镍铝青铜就是以镍、铁、锰为主要合金元素的铝青铜。目前，镍铝青铜是螺旋桨材料的主力军，它主要有以下优异的性能：①抗拉强度和在海水中的抗腐蚀疲劳强度均较高；②具有较高的耐海水腐蚀和抗空泡腐蚀性能；③用镍铝青铜制造螺旋桨，其转动惯量可比以前的黄铜螺旋桨降低15%～19%，在同等船用发动机的功率下，提高了螺旋桨的承载能力[1]。1镍铝青铜螺旋桨对化学成分、力学性能的要求1.1镍铝青铜中各元素的作用镍铝青铜的基础合金是Cu-Al二元合金。铝含量小于8.3%时，只有α单相组织；当铝含量超过收稿日期:2013-12-25作者简介:李高峰(1982-),男,山西运城人,工程师,硕士,主要领域为材料加工领域、铸造、锻造;电话:029-38316073;E-mail:ligaofeng1020@gmail1268.3%时，会生成β相。α+β双相合金从600℃以上开始冷却时，如果冷速慢，在565℃时，β相分解为α相和γ2相的混合物，γ2相的铝含量较β相的高。当γ2相连接成网状结构后，合金耐腐蚀能力下降。ZCuAl9Fe4Ni4Mn2镍铝青铜中，除了α相、β相，还有K相。K相为Ni-Fe-Al相，体心立方晶格，固溶于α及β相中。当温度低于950℃时，K相析出，产生明显的沉淀强化。K相的形成，消耗了合金中的铝元素，有效地抑制γ2相的形成，提高了合金的耐腐蚀性能[4-5]。镍铝青铜中一般不出现γ2相，因此镍铝青铜具有极佳的耐腐蚀性能。常温下，ZCuAl9Fe4Ni4Mn2镍铝青铜由α相、K相和残余的β相组成的。为了确保K相本身的腐蚀抗力，镍含量一般要超过铁含量，锰含量一般不超过1.3%[2]。在镍铝青铜中，Ni能显著提高合金的强度、硬度、热稳定性和耐蚀性。Ni使共析点成分向高铝方向移动，扩大α相区。Fe增加了β相的稳定性，可避免二元Cu-Al合金在565℃时β相分解为α相和γ2相的共析转变，而无缓冷脆化现象。Fe细化晶粒，提高力学性能，但含量较高时会析出针状Fe3Al化合物，使合金的力学性能降低。Mn能稳定β相，推迟共析转变，提高合金的力学性能和耐蚀性[3-5]。1.2镍铝青铜螺旋桨对成分范围和力学性能的要求各国船级社对ZCuAl9Fe4Ni4Mn2镍铝青铜合金铸件的化学成分和力学性能做出了详细规定，其化学成分要求相差不大。但是作为螺旋桨材料，其化学成分范围大大缩小，力学性能要求提高。某船东对螺旋桨材料的化学成分和力学性能的要求具体见表1、2[6]。表4各炉次Al当量与力学性能对应表Tab.4Alequivalentandmechanicalproperty表1镍铝青铜螺旋桨材料化学成分(质量分数，%)Tab.1ChemicalcompositionofNi-Albronzepropeller(wt%)表2镍铝青铜螺旋桨力学性能Tab.2MechanicalpropertiesofNi-AlbronzepropellerRm...