半固态挤压铸造铜合金轴套及其热处理工艺研究

发布时间：2020-11-17 18:41

　　 金属半固态成形技术具有短流程、操作简单、低成本、可实现近终成形等优点,而得到广泛应用。ZCuSn10P1铜合金具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、力学性能高、工艺性能好等特性,被广泛用于汽车、高铁和船舶等设备的轴承轴套、阀门开关、蜗轮等零件。目前,ZCuSn10P1铜合金轴套通常采用铸造成形的方法制备,制备工艺繁琐且成形产品容易出现夹杂、氧化等问题。本文利用半固态挤压铸造技术制备ZCuSn10P1铜合金轴套,采用冷轧-部分重熔技术制备半固态ZCuSn10P1铜合金浆料,自主设计了一套一模四件挤压铸造轴套零件的成形模具,并开展了半固态挤压铸造实验,研究了成形比压、挤压速率等工艺参数对ZCuSn10P1铜合金轴套组织演变和力学性能的影响;然后,对ZCuSn10P1铜合金轴套进行了热处理实验,研究了热处理温度、热处理时间等工艺参数对铜合金轴套组织演变和力学性能的影响。本文的主要研究内容及研究结果如下:(1)设计并制造了一套一模四件挤压铸造铜合金轴套零件的成形模具。根据轴套零件形状和尺寸,重点对挤压凸模和凹模进行详细设计、校对,并对设计的模具进行制造、装配并进行试模。实验证明,采用本次设计的一模四件模具并选择合理的成形工艺参数,可得到表面光洁、轮廓清晰、尺寸精确、组织均匀的零件产品,同时提高了成形效率。(2)研究了成形比压和挤压速率对轴套组织和力学性能的影响。结果表明:随着成形比压增加,组织均匀性先增加后降低,靠近凸模位置的组织发生塑性变形程度增大;在相同位置,随着成形比压增加,液相率逐渐降低,平均晶粒尺寸逐渐降低,形状因子先降低后增加。随着挤压速率增加,充型时间缩短,充型能力提高,组织均匀性逐渐增加;在相同位置,随着挤压速率增加,液相率、平均晶粒尺寸和形状因子都逐渐降低。随着成形比压增加,铜合金轴套零件的布氏硬度和显微硬度先增加后降低,抗拉强度先增加后降低,延伸率逐渐降低;随着挤压速率增加,铜合金轴套零件的布氏硬度和显微硬度逐渐升高,抗拉强度增加,延伸率逐渐降低。当成形比压为250MPa、挤压速率为15mm/s时,半固态挤压铸造工艺最佳,此时,液相率为22.3%,平均晶粒尺寸为77.96μm,形状因子为1.32;布氏硬度为128HBW,固相区、液相区和固-液两相交界区显微硬度值分别为112HV、193HV、156HV,抗拉强度为387MPa,延伸率为2.8%。(3)研究了热处理温度和热处理时间对轴套组织和力学性能的影响。结果表明:随着热处理温度升高,半固态晶粒形貌得到改善,组织均匀性提高,固相晶粒尺寸随着热处理温度升高而增加。随着热处理时间增加,半固态组织中固、液两相偏析现象会得到改善,组织均匀性提高。随着热处理温度升高和热处理时间增加,半固态铜合金轴套布氏硬度先增加后降低,固相区显微硬度逐渐增加,液相区显微硬度逐渐降低,固-液两相交界区显微硬度逐渐增加,抗拉强度先增加后降低,延伸率逐渐增加。在350℃保温120min时,热处理工艺最佳,此时,与未热处理轴套零件相同位置相比,液相率升高3.4%,平均晶粒尺寸升高13.7%,形状因子降低5.6%,布氏硬度提高6.25%,固相区显微硬度提高20.5%,液相区显微硬度降低4.1%,固-液两相交界区显微硬度升高3.8%,抗拉强度提高3.9%,延伸率提高60.7%。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG249.2;TG156
【部分图文】：

化生产应用得到快速发展。目前，金属半固态成形本的半固态制浆技术，并与实际生产相结合，实现工成形新技术，并研发适合半固态成形的新合金；研发部件在半固态成形领域中的应用。随着半固态技术研其控制方法将更加完善、半固态成形方法将更加多样料利用率、节能减排等方面也有显著贡献。成形方法形方法主要有触变成形和流变成形[34]。触变成形（属半固态浆料冷却凝固，根据尺寸定量切割，然后重浆料成形的方法称为触变成形。流变成形（Rheof金属熔体剧烈搅拌或其它方式，充分破碎树枝状的初浆料直接进行成形的方法称之为半固态金属的流变成。

图 2.1 轴套零件实物及金相取样位置: (a) 轴套零件实物; (b) 轴套零件尺寸及金相取样位验材料为 ZCuSn10P1 铜合金，合金的化学成分（质量分数，%）为：Cu 87.65，Sn，其他元素含量 1.27。采用差示扫描量热法(DSC，Differential Scanning CalorimSTA449F3 同步热分析仪测量 ZCuSn10P1 铜合金的固、液相线温度，测得结示，该合金固-液相线温度区间为 876.1~1024.2℃，固-液区间宽度为 148.1℃，固态浆料并进行半固态成形。0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-20-15-10-50热流/(mW·mg1-)温度/℃876.1℃903.6℃945.2℃1024.2℃1387.7℃

图 2.3 ZCuSn10P1 铜合金的三元合金相图分重熔技术制备半固态 ZCuSn10P1 铜合金浆料主要由开关控制系统、电动机动力系统、连杆轴制设备的开启与关闭，电动机为轧制提供动力支轧制实验主要工作部件。通过调节轧辊转速，可左右两侧顶端螺栓，控制轧制压下量。轧制实验理有效的完成，同时保证操作人员的人身安全。阻炉对轧制后的 ZCuSn10P1 铜合金坯料进行加行热处理。箱式电阻炉型号为 QSH-1400，该电高炉温可达 1400℃，满足实验需求。该电阻炉配
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 邱集明;肖寒;王佳;卢德宏;蒋业华;周荣;;半固态ZCuSn10铜合金二次加热组织的演化[J];材料研究学报;2015年04期

2 王佳;肖寒;吴龙彪;卢德宏;周荣锋;周荣;;轧制-重熔SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料[J];金属学报;2014年05期

3 吴龙彪;肖寒;王佳;卢德宏;周荣;;重熔工艺对应变诱导熔化激活法制备ZCuSn10铜合金半固态组织的影响[J];中国有色金属学报;2013年12期

4 谈芬芳;谢志雄;陈圆;;热处理对FA6506铜合金耐磨性的影响[J];热加工工艺;2013年04期

5 杜磊;闫洪;;等温热处理对AZ61稀土镁合金半固态组织的影响[J];材料研究学报;2012年02期

6 张毅;杨宇;;半固态流变成形技术的应用与发展[J];铸造技术;2012年04期

7 王姣姣;尚淑珍;路贵民;张万宁;唐小玲;于建国;;汽车用铝合金零件的半固态压铸数值模拟[J];中国有色金属学报;2012年04期

8 管仁国;赵占勇;钞润泽;温景林;;倾斜板振动熔体处理技术研究与应用进展[J];特种铸造及有色合金;2012年03期

9 程琴;郭洪民;杨湘杰;周龙富;;半固态等温处理对Cu-Ca合金组织的影响[J];特种铸造及有色合金;2012年03期

10 赖国胜;钱娜;刘艳华;;半固态流变挤压铸造研究现状[J];热加工工艺;2011年05期

相关硕士学位论文 前2条

1 陈泽邦;流变挤压铸造ZCuSn10Pl铜合金轴套的组织和力学性能研究[D];昆明理工大学;2017年

2 陆常翁;ZCuSn10合金流变挤压组织及性能研究[D];昆明理工大学;2015年

本文编号：2887795