ZCuSn10合金半固态流变挤压件显微组织的演变

采用常规铸造和转棒诱导形核法制备ZCuSn10合金,研究制浆工艺对ZCuSn10合金半固态挤压件显微组织的影响,并结合最佳工艺制备法兰件,分析法兰件内部组织的演变规律。结果表明,不同制浆工艺对ZCuSn10合金挤压件显微组织的影响不同,挤压件内部组织基本与浆料组织保持一致。利用转棒转速为500r/min制备的浆料挤压法兰件,可获得固液协同流动性良好的显微组织,试样压头处散热较快,微观组织以固相为主;试样中部及试样前段均为固液两相共存的颗粒状或近球状半固态显微组织。

轧制-重熔SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料

采用轧制-重熔的SIMA法制备了ZCuSnl0合金半固态坯料，先将铸态ZCuSn10合金加热到450℃保温15min．分别进行2-4道次轧制，然后截取试样进行重熔处理后水淬．比较了SIMA法和铸态-直接重熔工艺制备的ZCuSnl0合金半固态组织，并利用SEM的EDS测定了组织中sn的分布情况，用OM和TEM观察了SIMA法制备过程中试样组织变化，综合分析了SIMA法制备ZCuSnl0合金半固态坯料过程中的组织演变机理．结果表明：采用轧制．重熔的SIMA法制备的ZCuSnl0合金半固态组织固相晶粒均匀细小，圆整度高，19．7％预变形量875℃保温15min半固态组织最优，其平均晶粒直径75．8岬，形状因子1．62，液相率17．28％；用SIMA法制备ZCuSnl0合金半固态坯料，预变形过程对晶粒细化及球化起到了关键作用，随着预变形量和重熔保温温度的提高，半固态组织晶粒尺寸减小，圆整度提高，液相率增加；采用轧制一重熔的SIMA法制备ZCuSnl0合金半固态组织球化的主要机理是预变形过程破碎了枝晶，储备了变形能，在重熔过程中促进了枝晶熔断，同时，由于Sn元素从液相中向口固相中扩散迁移，液相逐渐吞噬固相的尖角突出部分，最终生成细小、圆整的口相晶粒．

半固态ZCuSn10合金的压缩形变力学行为

利用Gleeble-1500热模拟机对半固态ZCuSn10合金的压缩变形行为进行了研究。结果表明,当应变速率、应变量相同时,压缩变形温度越高,半固态ZCuSn10合金试样的压缩变形应力就越低。当变形温度、应变量相同时,在未达到峰值应力前,半固态ZCuSn10合金试样的压缩应力随着应变速率的增加而增加。当应变速率、变形温度和应变量相同时,半固态ZCuSn10合金试样的压缩应力明显低于常规铸态的ZCuSn10合金压缩试样的压缩应力。

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

采用包括锻造与重熔的应变诱导熔化激活(SIMA)法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料,分析重熔过程中重熔温度和保温时间对ZCuSn10半固态坯料微观组织的影响。结果表明:在900℃保温时,随着保温时间的延长,合金的平均晶粒直径增大,保温时间由5 min延长至50 min时,平均晶粒直径由45.9μm增大至74.7μm;晶粒形状因子随保温时间的延长先减小后增大。保温30 min时,随着保温温度的升高,平均晶粒直径减小,当保温温度由850℃升高至925℃时,平均晶粒直径由72.6μm减小至64.1μm;晶粒形状因子随保温温度的升高而增大。900℃保温30 min获得的半固态组织均匀、球化效果好,平均晶粒尺寸为64.7μm,形状因子为1.65。

半固态ZCuSn10铜合金坯料单向压缩变形行为及显微组织

采用Gleeble-1500材料热/力模拟机,对应变诱导熔化激活法(SIMA)制备的不同原始半固态组织的ZCuSn10铜合金进行单向压缩实验。研究预变形量和压缩变形条件对半固态坯料真应力-应变曲线及其组织的影响,并结合ZCuSn10铜合金压缩后的宏观形貌和显微组织对液相的流动规律进行分析。结果表明:随着预变形量和变形温度的增加,流变应力降低。变形温度对半固态ZCuS n10铜合金压缩变形峰值应力影响较大,对稳态应力影响较小。与固态金属压缩变形相同,半固态ZCuSn10铜合金在半固态温度区间压缩变形时,存在3个典型压缩变形区域,即难变形区(Ⅰ区)、大变形区(Ⅱ区)、自由变形区(Ⅲ区),Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的液相率分别为15.23%、5.31%、20.12%。各个变形区之间发生了液相流动,小部分难变形区内的液相流到大变形区,大部分大变形区内的液相流到自由变形区。

半固态ZCuSn10铜合金重熔过程中的组织演变

采用拔长为预变形方式的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料,研究在半固态温度区间重熔加热过程中半固态ZCuSn10铜合金坯料初生相形貌的演变过程。结果表明:在液固两相区间对半固态组织保温,半固态ZCuSn10铜合金坯料初生相逐渐球化。在900℃保温3 min后开始出现液相,且液相率、平均晶粒直径均随着保温时间的增加而增加,液相分数由5 min的23.5%增加至20 min的32.7%,平均晶粒直径由8 min的41.7μm增大至20 min的58μm,形状因子随着保温时间延长先减小后增加,在保温15 min形状因子最小为1.75。

半固态ZCuSn10P1铜合金压缩行为及组织演变

采用“冷轧-部分重熔”技术制备半固态ZCuSn10P1铜合金浆料,利用Gleeble-3500型热/力学模拟试验机对半固态ZCuSn10P1铜合金进行单向压缩试验,研究半固态ZCuSn10P1铜合金压缩变形时液固两相协同变形行为和组织演变规律。结果表明:半固态ZCuSn10P1铜合金单向压缩变形后,近球状固相晶粒会变为纤维状或胞状晶。半固态ZCuSn10P1铜合金在应变速率为1 s^(-1)条件下从350℃到880℃等温压缩后显微组织发生变形,其主要变形机制为:固相粒子的塑性变形机制(PDS)、固相粒子之间的滑移机制(SS)、液固相混合流动机制(FLS)和液相流动机制(LF)。半固态ZCuSn10P1铜合金在压缩过程中,应变速率越大,所承受的变形抗力越大,试样被破坏程度越大,当压缩变形温度较高时,半固态ZCuSn10P1铜合金发生沿晶断裂。

ZCuSn10Zn2铜合金激光表面微造型工艺试验

为加工出符合摩擦学性能要求的ZCu Sn10Zn2铜合金表面微造型形貌,采用激光微造型技术对ZCu Sn10Zn2铜合金表面进行网格图案化处理,利用共聚焦显微镜和X射线应力测定仪对加工后的试样进行表面形貌表征及残余应力测试。考察不同工艺参数对材料耐磨损性能的影响。结果表明:激光微造型后材料的表面粗糙度随激光功率的增大先减小后增大,微沟槽的深度随激光功率的增大先增大后减小,微沟槽的宽度与工作电流成正相关性,但随电流的增大趋于饱和。表面残余应力随工作电流增大趋势明显,微造型后,表层存在较大的残余拉应力。试验结果对深入探索ZCu Sn10Zn2铜合金的激光微造型工艺提供了一定的数据基础。

铁和钴对ZCuSn10Zn2组织和性能的影响

在ZCuSn10Zn2铸造青铜的基础上添加一定比例的铁和钴,研制ZCuSn10Zn2(Fe,Co)合金,结果表明,铸造组织由典型的枝晶组织变为等轴晶组织,晶粒组织得到细化;抗拉强度由210～240MPa提高到400～460MPa,而伸长率仍保持在15%左右;消除了锡的宏观偏析。

冷轧-重熔SIMA法制备半固态ZCuSn10铜合金的组织研究

采用冷轧-重熔的应变诱导熔化激活(SIMA)法制备半固态ZCu Sn10铜合金坯料,分析不同重熔工艺对半固态组织的影响。结果表明:采用冷轧-重熔的SIMA法能制备出理想的半固态坯料。重熔过程中ZCu Sn10合金组织中低熔点的(α+δ)共析组织及枝晶α相与(α+δ)共析组织连接处的过渡区域会逐渐熔化,形成液相,并使得α固相枝晶逐渐熔断,成为α固相颗粒。在850/875℃重熔时,半固态组织中的液相量较少,晶粒黏连较严重,晶粒的球化效果较差。半固态坯料的液相量随保温时间的延长而增加,保温时间从10 min延长至20 min,在850℃重熔时,液相量从6.7%增加到8.5%;875℃重熔时,液相量从17.1%增加到19.6%。900℃保温获得的半固态组织均匀,球化效果好。随着保温时间的增加,半固态坯料的液相先由24.3%增加至30.9%后减小至25.1%,液相的减少是由金相试样取样位置或金相组织分析测量的误差造成的;在相同的重熔保温时间下,重熔温度越高液相的析出速度越快,液相量越大。

不同预变形方式的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料

利用镦粗、锻造拔长、冷轧3种不同预变形方式的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料,对3种不同预变形方式的ZCuSn10铜合金在重熔处理过程中的微观组织进行了研究。结果表明,采用锻造拔长、冷轧为预变形的SIMA法制备出的半固态坯料在900℃保温15min能够得到组织均匀性好,晶粒圆整度高的半固态坯料,平均晶粒直径在40～70μm之间。锻造拔长制备的半固态坯料液相析出速度和球化速度较快,冷轧制备的半固态坯料等温重熔平均晶粒直径较小。

半固态ZCuSn10铜合金二次加热组织的演化

采用热轧与重熔的SIMA法制备了ZCu Sn10铜合金半固态坯料。先通过多向热轧对ZCu Sn10铜合金坯料进行预变形,然后对其进行半固态温度区间保温不同时间的二次加热处理。使用光学显微镜、扫描电镜、能谱及图像分析软件等手段研究了坯料二次加热过程中微观组织的演化,并分析了α(Cu)球化组织的形成机制。结果表明:在热轧变形量为16%、加热温度为930℃时,随着保温时间的延长半固态ZCu Sn10铜合金坯料初生α(Cu)逐渐发生球化,平均晶粒直径先减小后增大,由二次加热保温8 min的68.24μm先减小至10 min的62.31μm然后增大至25 min的71.09μm;保温10 min时平均晶粒直径最小,液相率由保温8 min时的18.14%逐渐增加到保温25 min时的25.32%;形状因子随着保温时间的延长先减小后增加,由保温8 min时的2.91先减小至15 min时的1.67,然后增大到保温25 min时的2.43。保温15 min时的半固态组织最优,其平均晶粒直径为65.64μm、液相率为23.66%、形状因子为1.67。在半固态铜合金二次加热过程中,组织演变的主要机制是加热前期的晶粒合并长大和液相增加后的原子扩散导致的晶粒长大并球化。

重熔保温时间对ZCuSn10铜合金半固态组织的影响

采用冷轧与重熔的应变诱导熔化激活法制备了ZCuSn10铜合金半固态坯料,分析了重熔过程中保温时间对ZCuSn10铜合金半固态坯料微观组织的影响。结果表明,通过二道次轧制得到变形量为17%的试样,截取试样进行910℃保温重熔处理。随着保温时间延长,合金的平均晶粒直径增大,保温时间从10min延长至25min时,平均晶粒直径由70.6μm增大至88.0μm,晶粒形状因子则随保温时间的延长先增加再减小,保温25 min时达到最低值为2.18,液相率为27.80%,此时获得的半固态组织球化效果好,晶粒圆整度较好,晶粒尺寸和液相比较均匀。

半固态铜合金流变挤压成形的组织演变

以ZCuSn10铜合金为研究对象,采用冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备了流变浆料,研究了流变成形比压和挤压速率对半固态ZCuSn10铜合金挤压组织的影响,探讨了ZCuSn10铜合金充型流动过程中固、液两相的演变规律。结果表明,在成形比压为150 MPa,挤压速率为14mm/s时得到的成形件组织较均匀,固、液两相协同流动性好。相同挤压工艺条件下,半固态挤压成形件各个位置组织差异较大。近冲头位置保持初始半固态组织;试样中部位置为固、液两相共存的半固态组织,固相颗粒圆整度较高;试样最前端的微观组织中以液相为主,固、液两相分布均匀性较差。