半固态CuSn10P1合金热压缩变形行为及其组织演变研究
发布时间：2021-11-01 10:13
高锡含量铸造铜锡合金有强度高、弹性模量大、摩擦系数低、耐磨耐蚀性好等优点,成为继铜银合金后高铁接触线的首选材料,广泛用于制作高铁、船舶、航空等行业的衬套、轴套、轴承座、齿轮、蜗轮等。而其极易产生偏析和逆偏析,晶间脆性大,变形过程中易产生开裂,极大限制如连杆上应用的高性能销套零件的开发。本文采用Gleeble-3500热机械模拟试验机,对常规铸态和半固态CuSn10P1合金圆柱试样进行单向等温压缩变形,研究合金压缩过程的变形行为和组织演变,初步探索锡元素分布对合金协调变形能力的影响。研究表明,对于常规铸态试样,与半固态试样相比,在相同的变形条件下,压缩变形时达到的峰值应力较小,且达到峰值应力时对应的真应变更大,此外动态回复的过程较长,动态再结晶的产生较晚,动态再结晶晶粒分布不均匀。对于半固态试样,在其他变形参数相同时,随应变速率增大,动态回复的过程延长,动态再结晶的发生程度降低,此外在其他压缩变形参数相同时,应变速率ε?=1s-1的半固态试样峰值应力最大,变形温度为450℃、500℃、550℃时,峰值应力分别为273MPa,178MPa和124MPa,对应的真应变ε...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
使用前的推力轴承(a)和使用后的轴承(b)[15]
的γ相为复杂立方结构，为硬脆相，只有在高温下稳定，当温度下降时迅速分解；当温度降至520℃时发生共析反应，即γ(27%Sn)α(15.8%Sn)+δ(32.4%Sn)，所生成的δ相为复杂立方结构，特点为硬而脆，主要分布于初生α相四周的晶间区域，在平衡相图中，本应当在温度降至350℃左右时发生δ(32.6%Sn)α(11%Sn)+ε(37.8%Sn)的共析反应，但δ相分解极慢，一般在常温下的组织只有α相和δ相。铜锡合金的结晶间隔很大，并且锡元素在铜中的扩散极慢，因此实际铸造组织与平衡相图由很大偏离，即使在含锡量位于α单相区的组织中也会出现δ相。图1.2Cu-Sn合金二元相图[16]Fig.1.2Cu-Snalloyphasediagram[16]由于CuSn10P1合金P元素的加入，组织中还有Cu3P的分布，硬质的δ相与Cu3P对合金中的初生α相起保护作用，确保了该合金在正常工况下具有非常优良的耐磨性。又因该合金锡元素含量较高，在凝固时低熔点富锡组织逐渐聚集在初生α相晶间位置，凝固较迟发生，具有很小的铸造收缩率，故适用于铸造成型，尤其适于作为铜轴套、轴瓦等耐磨件的制造。铜锡合金也存在着一些铸造问题，如铜锡合金非常容易出现锡元素偏析，其偏析广泛出现于含4.7-15%锡的系列合金连铸坯、铸锭的凝固组织中，并且含锡量越高，偏析现象越严重[17]，在普通铸锭的凝固过程中，锡元素在铸锭中心富集，由于含锡量高的晶间组织凝固温度较低，相对于组织中的α相较晚凝固，并且柱状晶区形成锡元素扩散通道，在心部静压力作用下，使得富集的锡元素由心部反向扩散至铸锭表面，即形成“锡汗”现象，严重影响合金的性能，这是制约铜锡合金发展的重大因素，为了解决或改善这种偏析状况，国内外许多学者先后对锡元素偏析抑制方法进行研究，如余焰根等[18]针对Cu-15Ni-8Sn合金铸锭的铸造难题，通过扫描电镜
?鞫?阈卑逯票赴牍烫珻uSn10P1浆料，然后浇入挤压模具中成形，得到了组织晶粒呈等轴状、屈服强度和延伸率均较高的轴套零件；王佳等[22]在对CuSn10P1合金进行锻打拔长、热轧和冷轧时发现，锻打拔长和热轧过程中，试样均出现了开裂、断裂等现象，而多道次冷轧的试样表面则光滑平整，如图1.3所示，这说明该合金的热加工性能很差，而冷加工性能则更优良，但在生产中往往需要对材料进行热轧、热锻等热加工，目前对于CuSn10P1合金的热加工尚缺乏数据指导，并且锡元素在塑性变形中所起到的作用也并不明确，值得进行深入研究。图1.3CuSn10P1合金经过热锻打拔长(a)、热轧(b)的开裂及冷轧(c)后的光滑表面[22]Fig.1.3Crackingunderthehotforgingdrawing(a),hotRolling(b)processandsmoothsurfaceundercoldrolling(c)processoftheCuSn10P1Alloysamples[22]1.1.2研究意义本文以CuSn10P1合金为研究对象，采用缝隙式熔体约束流动倾斜板制备半固态浆料，并与常规铸态坯料进行对比，然后采用Gleeble-3500热模拟试验机对半固态和常规铸态试样进行单向等温压缩，工艺参数包括变形温度、变形量及应变速率。其主要意义是：（1）通过热物理模拟实验，考查不同状态合金试样单向压缩的力学特征,为获得的合金坯料热塑性变形加工提供指导；（2）通过热物理模拟实验，考察不同温度、变形量、应变速率等因素对组织变化的影响规律，从而对该合金塑性变形过程的探索做出一定的启示；（3）明确锡元素分布对变形合金微观组织的影响作用。(a)(b)(c)4
本文编号：3469981
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
使用前的推力轴承(a)和使用后的轴承(b)[15]
的γ相为复杂立方结构，为硬脆相，只有在高温下稳定，当温度下降时迅速分解；当温度降至520℃时发生共析反应，即γ(27%Sn)α(15.8%Sn)+δ(32.4%Sn)，所生成的δ相为复杂立方结构，特点为硬而脆，主要分布于初生α相四周的晶间区域，在平衡相图中，本应当在温度降至350℃左右时发生δ(32.6%Sn)α(11%Sn)+ε(37.8%Sn)的共析反应，但δ相分解极慢，一般在常温下的组织只有α相和δ相。铜锡合金的结晶间隔很大，并且锡元素在铜中的扩散极慢，因此实际铸造组织与平衡相图由很大偏离，即使在含锡量位于α单相区的组织中也会出现δ相。图1.2Cu-Sn合金二元相图[16]Fig.1.2Cu-Snalloyphasediagram[16]由于CuSn10P1合金P元素的加入，组织中还有Cu3P的分布，硬质的δ相与Cu3P对合金中的初生α相起保护作用，确保了该合金在正常工况下具有非常优良的耐磨性。又因该合金锡元素含量较高，在凝固时低熔点富锡组织逐渐聚集在初生α相晶间位置，凝固较迟发生，具有很小的铸造收缩率，故适用于铸造成型，尤其适于作为铜轴套、轴瓦等耐磨件的制造。铜锡合金也存在着一些铸造问题，如铜锡合金非常容易出现锡元素偏析，其偏析广泛出现于含4.7-15%锡的系列合金连铸坯、铸锭的凝固组织中，并且含锡量越高，偏析现象越严重[17]，在普通铸锭的凝固过程中，锡元素在铸锭中心富集，由于含锡量高的晶间组织凝固温度较低，相对于组织中的α相较晚凝固，并且柱状晶区形成锡元素扩散通道，在心部静压力作用下，使得富集的锡元素由心部反向扩散至铸锭表面，即形成“锡汗”现象，严重影响合金的性能，这是制约铜锡合金发展的重大因素，为了解决或改善这种偏析状况，国内外许多学者先后对锡元素偏析抑制方法进行研究，如余焰根等[18]针对Cu-15Ni-8Sn合金铸锭的铸造难题，通过扫描电镜
?鞫?阈卑逯票赴牍烫珻uSn10P1浆料，然后浇入挤压模具中成形，得到了组织晶粒呈等轴状、屈服强度和延伸率均较高的轴套零件；王佳等[22]在对CuSn10P1合金进行锻打拔长、热轧和冷轧时发现，锻打拔长和热轧过程中，试样均出现了开裂、断裂等现象，而多道次冷轧的试样表面则光滑平整，如图1.3所示，这说明该合金的热加工性能很差，而冷加工性能则更优良，但在生产中往往需要对材料进行热轧、热锻等热加工，目前对于CuSn10P1合金的热加工尚缺乏数据指导，并且锡元素在塑性变形中所起到的作用也并不明确，值得进行深入研究。图1.3CuSn10P1合金经过热锻打拔长(a)、热轧(b)的开裂及冷轧(c)后的光滑表面[22]Fig.1.3Crackingunderthehotforgingdrawing(a),hotRolling(b)processandsmoothsurfaceundercoldrolling(c)processoftheCuSn10P1Alloysamples[22]1.1.2研究意义本文以CuSn10P1合金为研究对象，采用缝隙式熔体约束流动倾斜板制备半固态浆料，并与常规铸态坯料进行对比，然后采用Gleeble-3500热模拟试验机对半固态和常规铸态试样进行单向等温压缩，工艺参数包括变形温度、变形量及应变速率。其主要意义是：（1）通过热物理模拟实验，考查不同状态合金试样单向压缩的力学特征,为获得的合金坯料热塑性变形加工提供指导；（2）通过热物理模拟实验，考察不同温度、变形量、应变速率等因素对组织变化的影响规律，从而对该合金塑性变形过程的探索做出一定的启示；（3）明确锡元素分布对变形合金微观组织的影响作用。(a)(b)(c)4
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