1、LOGO指導教師：周榮指導教師：周榮 教授教授半固態銅合金單向壓縮變形行為研究n班級：材控班級：材控122班班n學生：周娟學生：周娟n學號：學號：201211604250實驗材料及方法實驗材料及方法實驗結果分析實驗結果分析結論結論研究背景研究背景國內外研究現狀及選題意義國內外研究現狀及選題意義1.1 研究背景研究背景 金屬半固態加工技術是一種依靠金屬從液態向金屬半固態加工技術是一種依靠金屬從液態向固態轉變或從固態向液態轉變過程中所具有的特性固態轉變或從固態向液態轉變過程中所具有的特性進行成形的方法。該方法具有加工溫度比液態低、進行成形的方法。該方法具有加工溫度比液態低、變形抗力比固態小、可一次

2、以大變形量成形形狀復變形抗力比固態小、可一次以大變形量成形形狀復雜且精度和性能質量要求較高的零件等優點，并且雜且精度和性能質量要求較高的零件等優點，并且它由于具有充型平穩、對模具的熱沖擊小、制件致它由于具有充型平穩、對模具的熱沖擊小、制件致密性高、力學性能高、成形性能低等特點，在汽車密性高、力學性能高、成形性能低等特點，在汽車、航空、航天等領域有廣闊的應用前景，被廣泛認、航空、航天等領域有廣闊的應用前景，被廣泛認為是為是21世紀最具發展前景的近凈成形技術。世紀最具發展前景的近凈成形技術。1.2 半固態成形國內外研究現狀半固態成形國內外研究現狀低熔點金屬主要集在低熔點金屬主要集在鋁合金、鎂合金上

3、鋁合金、鎂合金上高熔點金屬上主要集高熔點金屬上主要集中在鋼鐵材料中在鋼鐵材料A356鋁鋁鋁鋁合金零件合金零件柴油噴射柴油噴射泵箱體泵箱體半固態鎂合半固態鎂合金成形零件金成形零件100Cr6鋼鋼泵殼泵殼X210CrW12合金鋼螺旋合金鋼螺旋槳槳半固態鋼半固態鋼鐵零件鐵零件1.3 選題意義選題意義 錫青銅具有較好的機械性能、優良的彈性、易釬錫青銅具有較好的機械性能、優良的彈性、易釬焊、電鍍、無磁性、抗蝕性極高、耐磨性好，特別焊、電鍍、無磁性、抗蝕性極高、耐磨性好，特別是在大氣、海洋中，廣泛的應用于蒸汽鍋爐和船舶是在大氣、海洋中，廣泛的應用于蒸汽鍋爐和船舶工業的重要閥件、齒輪、渦輪等設備。工業的重要

4、閥件、齒輪、渦輪等設備。1.3 選題意義選題意義1、傳統錫青銅鑄造，錫元素、傳統錫青銅鑄造，錫元素偏析嚴重，易導致組織不均勻偏析嚴重，易導致組織不均勻2、錫青銅熔點高，鑄造模具、錫青銅熔點高，鑄造模具壽命短壽命短固相線溫度固相線溫度830.4，液相線溫度液相線溫度1020.7錫青銅結晶溫度范圍大，凝固錫青銅結晶溫度范圍大，凝固區域寬，適合用來制備半固態區域寬，適合用來制備半固態坯料。坯料。ZCuSn10合金合金DSC曲線曲線實驗技術路線實驗技術路線試驗方法試驗方法單向壓縮實驗參數單向壓縮實驗參數應變速率應變速率(s-1)0.5，1，5，10應變量應變量0.05，0.1，0.2，0.4，0.6，

5、0.8變形溫度變形溫度()900，910，920，930試驗方法試驗方法 壓縮實驗時，加熱速度壓縮實驗時，加熱速度為為10 /s，但為了避免加熱，但為了避免加熱系統的慣性使試樣的實際溫系統的慣性使試樣的實際溫度超出預定變形溫度，在加度超出預定變形溫度，在加熱到距預定變形溫度熱到距預定變形溫度50 時，時，加熱速度降為加熱速度降為2 /s，為了，為了使壓縮試樣溫度分布均勻，使壓縮試樣溫度分布均勻，加熱到預定變形溫度之后保加熱到預定變形溫度之后保溫一段時間，相同固相率不溫一段時間，相同固相率不同壓縮參數的半固態同壓縮參數的半固態ZCuSn10銅合金壓縮試樣保銅合金壓縮試樣保溫溫20 s。應力應力應

6、變曲線分析應變曲線分析 可以分為三個階段，壓縮一開始的迅速上升階段，隨后可以分為三個階段，壓縮一開始的迅速上升階段，隨后的下降階段和最后的穩定狀態。且真應力的下降階段和最后的穩定狀態。且真應力- -應變曲線都是隨應變曲線都是隨著溫度的升高而下移，即溫度越高應力越小。著溫度的升高而下移，即溫度越高應力越小。不同變形溫度下應力不同變形溫度下應力應變曲線應變曲線 相同應變速率和應變量下相同應變速率和應變量下，變形溫度越低，壓縮時，變形溫度越低，壓縮時的變形應力越高，相反，的變形應力越高，相反，變形溫度越高，壓縮變形變形溫度越高，壓縮變形應力越低。應力越低。不同變形速率下應力不同變形速率下應力應變曲線

7、應變曲線 在應變量和變形溫度相同時，應力隨應變速率的增加而在應變量和變形溫度相同時，應力隨應變速率的增加而增加，且都在應變很小時便達到了峰值應力。增加，且都在應變很小時便達到了峰值應力。隨著應變隨著應變速率增加，峰值應力也增大。應變速率的升高，變形速速率增加，峰值應力也增大。應變速率的升高，變形速度加快，液相的流動、固液混合流動以及固相晶粒之間度加快，液相的流動、固液混合流動以及固相晶粒之間的滑移轉動速度加快，這時需要更大的變形的滑移轉動速度加快，這時需要更大的變形 應力來克服變形阻力，所以變形抗力顯著提高。應力來克服變形阻力，所以變形抗力顯著提高。不同變形量下應力不同變形量下應力應變曲線應變

8、曲線隨著應變量的增加，峰隨著應變量的增加，峰值應力的變化很小，幾值應力的變化很小，幾乎沒有差別；當應變量乎沒有差別；當應變量大于大于0.1時，隨著應變時，隨著應變量的增加，壓縮應力隨量的增加，壓縮應力隨著應變的增加而降低，著應變的增加而降低，并趨于穩定值；峰值應并趨于穩定值；峰值應力都出現在應變為力都出現在應變為0.1的附近，達到峰值應力的附近，達到峰值應力之前，不同應變量的壓之前，不同應變量的壓縮真應力縮真應力- -應變曲線幾應變曲線幾乎是重合。乎是重合。半固態半固態ZCuSn10銅合金單向壓縮組織演變銅合金單向壓縮組織演變壓縮試樣尺寸為壓縮試樣尺寸為10 x15cm半固態半固態ZCuSn1

9、0銅合金銅合金壓縮后微觀組織不同區壓縮后微觀組織不同區域的取樣位置域的取樣位置半固態半固態ZCuSn10壓縮固液相流動示意圖壓縮固液相流動示意圖三個典型的變形區域，難變形區，大變形區，自由三個典型的變形區域，難變形區，大變形區，自由變形區變形區IIIIII變形溫度對半固態變形溫度對半固態 ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響過渡區過渡區心部心部0 91T 920T 930T 隨著溫度的隨著溫度的升高，壓縮升高，壓縮試樣端部的試樣端部的晶粒尺寸逐晶粒尺寸逐漸增大；過漸增大；過渡區域晶粒渡區域晶粒的畸變程度的畸變程度增大。中心增大。中心區域由于液區域由于液相被擠出，相被擠出，呈

10、現固相黏呈現固相黏連的現象。連的現象。變形溫度對半固態變形溫度對半固態 ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響經經Image-pro Plus軟件統計計算，不同變形溫度下不軟件統計計算，不同變形溫度下不同變形區的液相率如下：同變形區的液相率如下：隨著溫度的升高，液相分布更加均勻，固液之間的協隨著溫度的升高，液相分布更加均勻，固液之間的協同性更好；同性更好；試樣端部和過渡區域的液相隨著溫度的增試樣端部和過渡區域的液相隨著溫度的增加而增加，加而增加，心部液相被擠出心部液相被擠出應變速率對半固態應變速率對半固態 ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響 溫度溫度91

11、0，應變量，應變量0.4端部端部過渡區過渡區心部心部10.5S11S110S隨著變形速率隨著變形速率的減小端部晶的減小端部晶粒尺寸減小，粒尺寸減小，且液相減少；且液相減少；過渡區晶粒出過渡區晶粒出現團聚現象，現團聚現象，隨著應變速率隨著應變速率的減小團聚現的減小團聚現象更加明顯；象更加明顯；心部隨著應變心部隨著應變速率的增加，速率的增加，晶界完全消失。晶界完全消失。應變速率對半固態應變速率對半固態 ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響經經Image-pro Plus軟件統計計算，不同應變速率下不軟件統計計算，不同應變速率下不同變形區的液相率如下：同變形區的液相率如下：半固態

12、半固態ZCuSn10銅合金壓縮試樣的各個部位液相率隨銅合金壓縮試樣的各個部位液相率隨著應變速率的增加而減小。著應變速率的增加而減小。應變速率增加，液相分布更加均勻，固液相協同較好應變速率增加，液相分布更加均勻，固液相協同較好變形量對半固態變形量對半固態 ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響 溫度溫度930 ，應變速率，應變速率1 s-1端部端部過渡區過渡區心部心部=0.1=0.4=0.6不同應變量不同應變量的壓縮試樣的壓縮試樣端部都呈現端部都呈現半固態近球半固態近球形的原始組形的原始組織，過渡區織，過渡區域晶粒都存域晶粒都存在不同程度在不同程度的畸變，心的畸變，心部液相都相

13、部液相都相對過渡區域對過渡區域和端部都有和端部都有所減少。所減少。變形量對半固態變形量對半固態 ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響經經Image-pro Plus軟件統計計算，不同應變量下不同軟件統計計算，不同應變量下不同變形區的液相率如下：變形區的液相率如下：在半固態在半固態ZCuSn10銅合金壓縮試樣的端部、過渡區域銅合金壓縮試樣的端部、過渡區域和心部，隨著變形量的增加，液相率都在減小，應變和心部，隨著變形量的增加，液相率都在減小，應變量較大時，試樣過渡區域液固分離現象明顯，固相晶量較大時，試樣過渡區域液固分離現象明顯，固相晶粒間塑性變形嚴重，使得液相被完全擠出流向自

14、由變粒間塑性變形嚴重，使得液相被完全擠出流向自由變形區，試樣中心區域幾乎沒有液相。形區，試樣中心區域幾乎沒有液相。結論結論1、半固態、半固態ZCuSn10單向壓縮單向壓縮真應力應變曲線真應力應變曲線，都可以分為三都可以分為三個階段。隨著溫度的升高，應力個階段。隨著溫度的升高，應力應變曲線應變曲線“下移下移”，應，應力降低；隨著應變速率的增加，應力增加；應變量對峰值力降低；隨著應變速率的增加，應力增加；應變量對峰值應力的影響較小。溫度主要影響峰值應力，峰值應力隨著應力的影響較小。溫度主要影響峰值應力，峰值應力隨著溫度的升高而降低；應變速率主要影響峰值應力，峰值應溫度的升高而降低；應變速率主要影響

15、峰值應力，峰值應力隨著應變速率的增加而增加；應變量對峰值應力影響較力隨著應變速率的增加而增加；應變量對峰值應力影響較小，且較小應變量的真應力小，且較小應變量的真應力-應變曲線與大應變量的真應力應變曲線與大應變量的真應力-應變曲線基本重合。應變曲線基本重合。2、半固態半固態ZCuSn10銅合金單向壓縮試樣具有三個典型的壓縮銅合金單向壓縮試樣具有三個典型的壓縮變形區域，即難變形區，大變形區，自由變形區。難變形變形區域，即難變形區，大變形區，自由變形區。難變形區微觀組織保持原始半固態組織不變，大變形區固相晶粒區微觀組織保持原始半固態組織不變，大變形區固相晶粒畸變嚴重，自由變形區固相晶粒具有一定圓整度

16、，出現孔畸變嚴重，自由變形區固相晶粒具有一定圓整度，出現孔洞與裂紋。壓縮過程中發生液相的宏觀轉移，大部分液相洞與裂紋。壓縮過程中發生液相的宏觀轉移，大部分液相流到自由變形區。當其他條件相同時，變形量越大，半固流到自由變形區。當其他條件相同時，變形量越大，半固態態ZCuSn10銅合金壓縮試樣中心部位的液相越少。隨著溫銅合金壓縮試樣中心部位的液相越少。隨著溫度的升高，半固態度的升高，半固態ZCuSn10銅合金壓縮試樣的端部，過渡銅合金壓縮試樣的端部，過渡區域，心部的液相均減少。隨著應變速率的增加，半固態區域，心部的液相均減少。隨著應變速率的增加，半固態ZCuSn10銅合金壓縮試樣的過渡區域液相增加。銅合金壓縮試樣的過渡區域液相增加。致謝致謝u大學本科的