1、LOGO指導(dǎo)教師：周榮指導(dǎo)教師：周榮 教授教授半固態(tài)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(xué)生：周娟學(xué)生：周娟n學(xué)號：學(xué)號：201211604250實驗材料及方法實驗材料及方法實驗結(jié)果分析實驗結(jié)果分析結(jié)論結(jié)論研究背景研究背景國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及選題意義國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及選題意義1.1 研究背景研究背景 金屬半固態(tài)加工技術(shù)是一種依靠金屬從液態(tài)向金屬半固態(tài)加工技術(shù)是一種依靠金屬從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變或從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變過程中所具有的特性固態(tài)轉(zhuǎn)變或從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變過程中所具有的特性進(jìn)行成形的方法。該方法具有加工溫度比液態(tài)低、進(jìn)行成形的方法。該方法具有加工溫度比液態(tài)低、變形抗力比固態(tài)小、可一次

2、以大變形量成形形狀復(fù)變形抗力比固態(tài)小、可一次以大變形量成形形狀復(fù)雜且精度和性能質(zhì)量要求較高的零件等優(yōu)點，并且雜且精度和性能質(zhì)量要求較高的零件等優(yōu)點，并且它由于具有充型平穩(wěn)、對模具的熱沖擊小、制件致它由于具有充型平穩(wěn)、對模具的熱沖擊小、制件致密性高、力學(xué)性能高、成形性能低等特點，在汽車密性高、力學(xué)性能高、成形性能低等特點，在汽車、航空、航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，被廣泛認(rèn)、航空、航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，被廣泛認(rèn)為是為是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的近凈成形技術(shù)。世紀(jì)最具發(fā)展前景的近凈成形技術(shù)。1.2 半固態(tài)成形國內(nèi)外研究現(xiàn)狀半固態(tài)成形國內(nèi)外研究現(xiàn)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(tài)鎂合半固態(tài)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(tài)鋼半固態(tài)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(yōu)良的彈性、易釬錫青銅具有較好的機械性能、優(yōu)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(yīng)用于蒸汽鍋爐和船舶是在大氣、海洋中，廣泛的應(yīng)用于蒸汽鍋爐和船舶工業(yè)的重要閥件、齒輪、渦輪等設(shè)備。工業(yè)的重要

4、閥件、齒輪、渦輪等設(shè)備。1.3 選題意義選題意義1、傳統(tǒng)錫青銅鑄造，錫元素、傳統(tǒng)錫青銅鑄造，錫元素偏析嚴(yán)重，易導(dǎo)致組織不均勻偏析嚴(yán)重，易導(dǎo)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(jié)晶溫度范圍大，凝固錫青銅結(jié)晶溫度范圍大，凝固區(qū)域?qū)挘m合用來制備半固態(tài)區(qū)域?qū)挘m合用來制備半固態(tài)坯料。坯料。ZCuSn10合金合金DSC曲線曲線實驗技術(shù)路線實驗技術(shù)路線試驗方法試驗方法單向壓縮實驗參數(shù)單向壓縮實驗參數(shù)應(yīng)變速率應(yīng)變速率(s-1)0.5，1，5，10應(yīng)變量應(yīng)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(tǒng)的慣性使試樣的實際溫系統(tǒng)的慣性使試樣的實際溫度超出預(yù)定變形溫度，在加度超出預(yù)定變形溫度，在加熱到距預(yù)定變形溫度熱到距預(yù)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(yù)定變形溫度之后保加熱到預(yù)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(shù)的半固態(tài)同壓縮參數(shù)的半固態(tài)ZCuSn10銅合金壓縮試樣保銅合金壓縮試樣保溫溫20 s。應(yīng)力應(yīng)力應(yīng)

6、變曲線分析應(yīng)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(wěn)定狀態(tài)。且真應(yīng)力的下降階段和最后的穩(wěn)定狀態(tài)。且真應(yīng)力- -應(yīng)變曲線都是隨應(yīng)變曲線都是隨著溫度的升高而下移，即溫度越高應(yīng)力越小。著溫度的升高而下移，即溫度越高應(yīng)力越小。不同變形溫度下應(yīng)力不同變形溫度下應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線 相同應(yīng)變速率和應(yīng)變量下相同應(yīng)變速率和應(yīng)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(yīng)力越高，相反，的變形應(yīng)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(yīng)力越低。應(yīng)力越低。不同變形速率下應(yīng)力不同變形速率下應(yīng)力應(yīng)變曲線

7、應(yīng)變曲線 在應(yīng)變量和變形溫度相同時，應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而在應(yīng)變量和變形溫度相同時，應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而增加，且都在應(yīng)變很小時便達(dá)到了峰值應(yīng)力。增加，且都在應(yīng)變很小時便達(dá)到了峰值應(yīng)力。隨著應(yīng)變隨著應(yīng)變速率增加，峰值應(yīng)力也增大。應(yīng)變速率的升高，變形速速率增加，峰值應(yīng)力也增大。應(yīng)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(zhuǎn)動速度加快，這時需要更大的變形的滑移轉(zhuǎn)動速度加快，這時需要更大的變形 應(yīng)力來克服變形阻力，所以變形抗力顯著提高。應(yīng)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(yīng)力不同變形量下應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變

8、曲線隨著應(yīng)變量的增加，峰隨著應(yīng)變量的增加，峰值應(yīng)力的變化很小，幾值應(yīng)力的變化很小，幾乎沒有差別；當(dāng)應(yīng)變量乎沒有差別；當(dāng)應(yīng)變量大于大于0.1時，隨著應(yīng)變時，隨著應(yīng)變量的增加，壓縮應(yīng)力隨量的增加，壓縮應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而降低，著應(yīng)變的增加而降低，并趨于穩(wěn)定值；峰值應(yīng)并趨于穩(wěn)定值；峰值應(yīng)力都出現(xiàn)在應(yīng)變?yōu)榱Χ汲霈F(xiàn)在應(yīng)變?yōu)?.1的附近，達(dá)到峰值應(yīng)力的附近，達(dá)到峰值應(yīng)力之前，不同應(yīng)變量的壓之前，不同應(yīng)變量的壓縮真應(yīng)力縮真應(yīng)力- -應(yīng)變曲線幾應(yīng)變曲線幾乎是重合。乎是重合。半固態(tài)半固態(tài)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(tài)半固態(tài)ZCuSn1

9、0銅合金銅合金壓縮后微觀組織不同區(qū)壓縮后微觀組織不同區(qū)域的取樣位置域的取樣位置半固態(tài)半固態(tài)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(qū)域，難變形區(qū)，大變形區(qū)，自由三個典型的變形區(qū)域，難變形區(qū)，大變形區(qū)，自由變形區(qū)變形區(qū)IIIIII變形溫度對半固態(tài)變形溫度對半固態(tài) ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響過渡區(qū)過渡區(qū)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(qū)域晶粒渡區(qū)域晶粒的畸變程度的畸變程度增大。中心增大。中心區(qū)域由于液區(qū)域由于液相被擠出，相被擠出，呈

10、現(xiàn)固相黏呈現(xiàn)固相黏連的現(xiàn)象。連的現(xiàn)象。變形溫度對半固態(tài)變形溫度對半固態(tài) ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響經(jīng)經(jīng)Image-pro Plus軟件統(tǒng)計計算，不同變形溫度下不軟件統(tǒng)計計算，不同變形溫度下不同變形區(qū)的液相率如下：同變形區(qū)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(xié)隨著溫度的升高，液相分布更加均勻，固液之間的協(xié)同性更好；同性更好；試樣端部和過渡區(qū)域的液相隨著溫度的增試樣端部和過渡區(qū)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(yīng)變速率對半固態(tài)應(yīng)變速率對半固態(tài) 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(yīng)變量，應(yīng)變量0.4端部端部過渡區(qū)過渡區(qū)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(qū)晶粒出過渡區(qū)晶粒出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，隨著應(yīng)變速率隨著應(yīng)變速率的減小團(tuán)聚現(xiàn)的減小團(tuán)聚現(xiàn)象更加明顯；象更加明顯；心部隨著應(yīng)變心部隨著應(yīng)變速率的增加，速率的增加，晶界完全消失。晶界完全消失。應(yīng)變速率對半固態(tài)應(yīng)變速率對半固態(tài) ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響經(jīng)經(jīng)Image-pro Plus軟件統(tǒng)計計算，不同應(yīng)變速率下不軟件統(tǒng)計計算，不同應(yīng)變速率下不同變形區(qū)的液相率如下：同變形區(qū)的液相率如下：半固態(tài)

12、半固態(tài)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(yīng)變速率的增加而減小。著應(yīng)變速率的增加而減小。應(yīng)變速率增加，液相分布更加均勻，固液相協(xié)同較好應(yīng)變速率增加，液相分布更加均勻，固液相協(xié)同較好變形量對半固態(tài)變形量對半固態(tài) 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(yīng)變速率，應(yīng)變速率1 s-1端部端部過渡區(qū)過渡區(qū)心部心部=0.1=0.4=0.6不同應(yīng)變量不同應(yīng)變量的壓縮試樣的壓縮試樣端部都呈現(xiàn)端部都呈現(xiàn)半固態(tài)近球半固態(tài)近球形的原始組形的原始組織，過渡區(qū)織，過渡區(qū)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(qū)域?qū)^渡區(qū)域和端部都有和端部都有所減少。所減少。變形量對半固態(tài)變形量對半固態(tài) ZCuSn10 銅合金微觀組織的影響銅合金微觀組織的影響經(jīng)經(jīng)Image-pro Plus軟件統(tǒng)計計算，不同應(yīng)變量下不同軟件統(tǒng)計計算，不同應(yīng)變量下不同變形區(qū)的液相率如下：變形區(qū)的液相率如下：在半固態(tài)在半固態(tài)ZCuSn10銅合金壓縮試樣的端部、過渡區(qū)域銅合金壓縮試樣的端部、過渡區(qū)域和心部，隨著變形量的增加，液相率都在減小，應(yīng)變和心部，隨著變形量的增加，液相率都在減小，應(yīng)變量較大時，試樣過渡區(qū)域液固分離現(xiàn)象明顯，固相晶量較大時，試樣過渡區(qū)域液固分離現(xiàn)象明顯，固相晶粒間塑性變形嚴(yán)重，使得液相被完全擠出流向自

14、由變粒間塑性變形嚴(yán)重，使得液相被完全擠出流向自由變形區(qū)，試樣中心區(qū)域幾乎沒有液相。形區(qū)，試樣中心區(qū)域幾乎沒有液相。結(jié)論結(jié)論1、半固態(tài)、半固態(tài)ZCuSn10單向壓縮單向壓縮真應(yīng)力應(yīng)變曲線真應(yīng)力應(yīng)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(yīng)力個階段。隨著溫度的升高，應(yīng)力應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線“下移下移”，應(yīng)，應(yīng)力降低；隨著應(yīng)變速率的增加，應(yīng)力增加；應(yīng)變量對峰值力降低；隨著應(yīng)變速率的增加，應(yīng)力增加；應(yīng)變量對峰值應(yīng)力的影響較小。溫度主要影響峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)力隨著應(yīng)力的影響較小。溫度主要影響峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)力隨著溫度的升高而降低；應(yīng)變速率主要影響峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)溫度的升高而降低；應(yīng)變速率主要影響

15、峰值應(yīng)力，峰值應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的增加而增加；應(yīng)變量對峰值應(yīng)力影響較力隨著應(yīng)變速率的增加而增加；應(yīng)變量對峰值應(yīng)力影響較小，且較小應(yīng)變量的真應(yīng)力小，且較小應(yīng)變量的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線與大應(yīng)變量的真應(yīng)力應(yīng)變曲線與大應(yīng)變量的真應(yīng)力-應(yīng)變曲線基本重合。應(yīng)變曲線基本重合。2、半固態(tài)半固態(tài)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(qū)域，即難變形區(qū)，大變形區(qū)，自由變形區(qū)。難變形變形區(qū)域，即難變形區(qū)，大變形區(qū)，自由變形區(qū)。難變形區(qū)微觀組織保持原始半固態(tài)組織不變，大變形區(qū)固相晶粒區(qū)微觀組織保持原始半固態(tài)組織不變，大變形區(qū)固相晶粒畸變嚴(yán)重，自由變形區(qū)固相晶粒具有一定圓整度

16、，出現(xiàn)孔畸變嚴(yán)重，自由變形區(qū)固相晶粒具有一定圓整度，出現(xiàn)孔洞與裂紋。壓縮過程中發(fā)生液相的宏觀轉(zhuǎn)移，大部分液相洞與裂紋。壓縮過程中發(fā)生液相的宏觀轉(zhuǎn)移，大部分液相流到自由變形區(qū)。當(dāng)其他條件相同時，變形量越大，半固流到自由變形區(qū)。當(dāng)其他條件相同時，變形量越大，半固態(tài)態(tài)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(tài)度的升高，半固態(tài)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(qū)域，心部的液相均減少。隨著應(yīng)變速率的增加，半固態(tài)區(qū)域，心部的液相均減少。隨著應(yīng)變速率的增加，半固態(tài)ZCuSn10銅合金壓縮試樣的過渡區(qū)域液相增加。銅合金壓縮試樣的過渡區(qū)域液相增加。致謝致謝u大學(xué)本科的