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流变挤压铸造ZCuSn10Pl铜合金轴套的组织和力学性能研究

陈泽邦  
【摘要】:铜合金的应用领域广泛,传统液态成形由于其熔点较高,存在模具寿命短、产品能耗大、易氧化、吸气等问题,而铜合金半固态成形则有望降低模具温度、提高模具寿命、降低能耗,提高产品性能,因此,开展铜合金半固态成形技术具有重要的科学意义和使用价值。本文将冷轧-重熔应变诱导熔化激活法的制浆工艺和挤压铸造工艺相结合,提出了一种新的流变挤压铸造工艺。设计内加弹簧和挡料圈的模具进行了流变挤压铸造铜合金轴套实验,在定量浇注、制浆工艺与挤压铸造工艺间的衔接等方面进行了尝试。并以ZCuSn10P1铜合金轴套为研究对象,研究了成形工艺参数对轴套组织和性能的影响规律,本文的主要研究内容及研究结果如下:(1)流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套过程中,沿着充型方向,组织内液相增加,在垂直充型方向上,轴套里外两端的液相比中间组织的液相偏高。随着成形比压增加,轴套组织的均匀性先变好后变差。随着挤压速率提高,轴套组织均匀性提高。在成形比压250MPa、挤压速率15mm/s时,流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套组织最均匀。(2)随着成形比压增加,初生固相平均晶粒尺寸和形状因子先减小后增大;随着挤压速率提高,初生固相平均晶粒尺寸和形状因子逐渐减小。在成形比压250MPa、挤压速率15mm/s时,流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套组织的初生固相平均晶粒尺寸和形状因子最小,分别为83.3μm和1.59。(3)轴套组织越均匀,初生固相颗粒尺寸越小,力学性能越高。随着成形比压增大,轴套的力学性能先增加后减小;随着挤压速率提高,轴套力学性能逐渐提高。在成形比压250MPa、挤压速率15mm/s时,轴套力学性能最好,抗拉强度为371.1MPa,延伸率为8.4%,与液态挤压铸件相比,其抗拉强度、延伸率分别提高了 55.9%、83.3%。(4)流变挤压轴套与常规液态挤压轴套的拉伸断口形貌有较大的差异,液态挤压件为脆性断裂,强度和延伸率都较低。流变挤压铸造铜合金轴套的断口形貌类似,都属于混合型断口,在固相颗粒间液相较多的区域易产生沿晶脆性断裂;在固相颗粒间液相较少的区域,则会同时产生穿晶脆性断裂和韧性断裂。


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