昆明理工大学毕业答辩2016届

1、LOGO指导教师：周荣指导教师：周荣 教授教授半固态铜合金单向压缩变形行为研究n班级：材控班级：材控122班班n学生：周娟学生：周娟n学号：学号：201211604250实验材料及方法实验材料及方法实验结果分析实验结果分析结论结论研究背景研究背景国内外研究现状及选题意义国内外研究现状及选题意义1.1 研究背景研究背景 金属半固态加工技术是一种依靠金属从液态向金属半固态加工技术是一种依靠金属从液态向固态转变或从固态向液态转变过程中所具有的特性固态转变或从固态向液态转变过程中所具有的特性进行成形的方法。该方法具有加工温度比液态低、进行成形的方法。该方法具有加工温度比液态低、变形抗力比固态小、可一次

2、以大变形量成形形状复变形抗力比固态小、可一次以大变形量成形形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件等优点，并且杂且精度和性能质量要求较高的零件等优点，并且它由于具有充型平稳、对模具的热冲击小、制件致它由于具有充型平稳、对模具的热冲击小、制件致密性高、力学性能高、成形性能低等特点，在汽车密性高、力学性能高、成形性能低等特点，在汽车、航空、航天等领域有广阔的应用前景，被广泛认、航空、航天等领域有广阔的应用前景，被广泛认为是为是21世纪最具发展前景的近净成形技术。世纪最具发展前景的近净成形技术。1.2 半固态成形国内外研究现状半固态成形国内外研究现状低熔点金属主要集在低熔点金属主要集在铝合金、镁合金上

3、铝合金、镁合金上高熔点金属上主要集高熔点金属上主要集中在钢铁材料中在钢铁材料A356铝铝铝铝合金零件合金零件柴油喷射柴油喷射泵箱体泵箱体半固态镁合半固态镁合金成形零件金成形零件100Cr6钢钢泵壳泵壳X210CrW12合金钢螺旋合金钢螺旋桨桨半固态钢半固态钢铁零件铁零件1.3 选题意义选题意义 锡青铜具有较好的机械性能、优良的弹性、易钎锡青铜具有较好的机械性能、优良的弹性、易钎焊、电镀、无磁性、抗蚀性极高、耐磨性好，特别焊、电镀、无磁性、抗蚀性极高、耐磨性好，特别是在大气、海洋中，广泛的应用于蒸汽锅炉和船舶是在大气、海洋中，广泛的应用于蒸汽锅炉和船舶工业的重要阀件、齿轮、涡轮等设备。工业的重要

4、阀件、齿轮、涡轮等设备。1.3 选题意义选题意义1、传统锡青铜铸造，锡元素、传统锡青铜铸造，锡元素偏析严重，易导致组织不均匀偏析严重，易导致组织不均匀2、锡青铜熔点高，铸造模具、锡青铜熔点高，铸造模具寿命短寿命短固相线温度固相线温度830.4，液相线温度液相线温度1020.7锡青铜结晶温度范围大，凝固锡青铜结晶温度范围大，凝固区域宽，适合用来制备半固态区域宽，适合用来制备半固态坯料。坯料。ZCuSn10合金合金DSC曲线曲线实验技术路线实验技术路线试验方法试验方法单向压缩实验参数单向压缩实验参数应变速率应变速率(s-1)0.5，1，5，10应变量应变量0.05，0.1，0.2，0.4，0.6，

5、0.8变形温度变形温度()900，910，920，930试验方法试验方法 压缩实验时，加热速度压缩实验时，加热速度为为10 /s，但为了避免加热，但为了避免加热系统的惯性使试样的实际温系统的惯性使试样的实际温度超出预定变形温度，在加度超出预定变形温度，在加热到距预定变形温度热到距预定变形温度50 时，时，加热速度降为加热速度降为2 /s，为了，为了使压缩试样温度分布均匀，使压缩试样温度分布均匀，加热到预定变形温度之后保加热到预定变形温度之后保温一段时间，相同固相率不温一段时间，相同固相率不同压缩参数的半固态同压缩参数的半固态ZCuSn10铜合金压缩试样保铜合金压缩试样保温温20 s。应力应力应

6、变曲线分析应变曲线分析 可以分为三个阶段，压缩一开始的迅速上升阶段，随后可以分为三个阶段，压缩一开始的迅速上升阶段，随后的下降阶段和最后的稳定状态。且真应力的下降阶段和最后的稳定状态。且真应力- -应变曲线都是随应变曲线都是随着温度的升高而下移，即温度越高应力越小。着温度的升高而下移，即温度越高应力越小。不同变形温度下应力不同变形温度下应力应变曲线应变曲线 相同应变速率和应变量下相同应变速率和应变量下，变形温度越低，压缩时，变形温度越低，压缩时的变形应力越高，相反，的变形应力越高，相反，变形温度越高，压缩变形变形温度越高，压缩变形应力越低。应力越低。不同变形速率下应力不同变形速率下应力应变曲线

7、应变曲线 在应变量和变形温度相同时，应力随应变速率的增加而在应变量和变形温度相同时，应力随应变速率的增加而增加，且都在应变很小时便达到了峰值应力。增加，且都在应变很小时便达到了峰值应力。随着应变随着应变速率增加，峰值应力也增大。应变速率的升高，变形速速率增加，峰值应力也增大。应变速率的升高，变形速度加快，液相的流动、固液混合流动以及固相晶粒之间度加快，液相的流动、固液混合流动以及固相晶粒之间的滑移转动速度加快，这时需要更大的变形的滑移转动速度加快，这时需要更大的变形 应力来克服变形阻力，所以变形抗力显著提高。应力来克服变形阻力，所以变形抗力显著提高。不同变形量下应力不同变形量下应力应变曲线应变

8、曲线随着应变量的增加，峰随着应变量的增加，峰值应力的变化很小，几值应力的变化很小，几乎没有差别；当应变量乎没有差别；当应变量大于大于0.1时，随着应变时，随着应变量的增加，压缩应力随量的增加，压缩应力随着应变的增加而降低，着应变的增加而降低，并趋于稳定值；峰值应并趋于稳定值；峰值应力都出现在应变为力都出现在应变为0.1的附近，达到峰值应力的附近，达到峰值应力之前，不同应变量的压之前，不同应变量的压缩真应力缩真应力- -应变曲线几应变曲线几乎是重合。乎是重合。半固态半固态ZCuSn10铜合金单向压缩组织演变铜合金单向压缩组织演变压缩试样尺寸为压缩试样尺寸为10 x15cm半固态半固态ZCuSn1

9、0铜合金铜合金压缩后微观组织不同区压缩后微观组织不同区域的取样位置域的取样位置半固态半固态ZCuSn10压缩固液相流动示意图压缩固液相流动示意图三个典型的变形区域，难变形区，大变形区，自由三个典型的变形区域，难变形区，大变形区，自由变形区变形区IIIIII变形温度对半固态变形温度对半固态 ZCuSn10 铜合金微观组织的影响铜合金微观组织的影响过渡区过渡区心部心部0 91T 920T 930T 随着温度的随着温度的升高，压缩升高，压缩试样端部的试样端部的晶粒尺寸逐晶粒尺寸逐渐增大；过渐增大；过渡区域晶粒渡区域晶粒的畸变程度的畸变程度增大。中心增大。中心区域由于液区域由于液相被挤出，相被挤出，呈

10、现固相黏呈现固相黏连的现象。连的现象。变形温度对半固态变形温度对半固态 ZCuSn10 铜合金微观组织的影响铜合金微观组织的影响经经Image-pro Plus软件统计计算，不同变形温度下不软件统计计算，不同变形温度下不同变形区的液相率如下：同变形区的液相率如下：随着温度的升高，液相分布更加均匀，固液之间的协随着温度的升高，液相分布更加均匀，固液之间的协同性更好；同性更好；试样端部和过渡区域的液相随着温度的增试样端部和过渡区域的液相随着温度的增加而增加，加而增加，心部液相被挤出心部液相被挤出应变速率对半固态应变速率对半固态 ZCuSn10 铜合金微观组织的影响铜合金微观组织的影响 温度温度91

11、0，应变量，应变量0.4端部端部过渡区过渡区心部心部10.5S11S110S随着变形速率随着变形速率的减小端部晶的减小端部晶粒尺寸减小，粒尺寸减小，且液相减少；且液相减少；过渡区晶粒出过渡区晶粒出现团聚现象，现团聚现象，随着应变速率随着应变速率的减小团聚现的减小团聚现象更加明显；象更加明显；心部随着应变心部随着应变速率的增加，速率的增加，晶界完全消失。晶界完全消失。应变速率对半固态应变速率对半固态 ZCuSn10 铜合金微观组织的影响铜合金微观组织的影响经经Image-pro Plus软件统计计算，不同应变速率下不软件统计计算，不同应变速率下不同变形区的液相率如下：同变形区的液相率如下：半固态

12、半固态ZCuSn10铜合金压缩试样的各个部位液相率随铜合金压缩试样的各个部位液相率随着应变速率的增加而减小。着应变速率的增加而减小。应变速率增加，液相分布更加均匀，固液相协同较好应变速率增加，液相分布更加均匀，固液相协同较好变形量对半固态变形量对半固态 ZCuSn10 铜合金微观组织的影响铜合金微观组织的影响 温度温度930 ，应变速率，应变速率1 s-1端部端部过渡区过渡区心部心部=0.1=0.4=0.6不同应变量不同应变量的压缩试样的压缩试样端部都呈现端部都呈现半固态近球半固态近球形的原始组形的原始组织，过渡区织，过渡区域晶粒都存域晶粒都存在不同程度在不同程度的畸变，心的畸变，心部液相都相

13、部液相都相对过渡区域对过渡区域和端部都有和端部都有所减少。所减少。变形量对半固态变形量对半固态 ZCuSn10 铜合金微观组织的影响铜合金微观组织的影响经经Image-pro Plus软件统计计算，不同应变量下不同软件统计计算，不同应变量下不同变形区的液相率如下：变形区的液相率如下：在半固态在半固态ZCuSn10铜合金压缩试样的端部、过渡区域铜合金压缩试样的端部、过渡区域和心部，随着变形量的增加，液相率都在减小，应变和心部，随着变形量的增加，液相率都在减小，应变量较大时，试样过渡区域液固分离现象明显，固相晶量较大时，试样过渡区域液固分离现象明显，固相晶粒间塑性变形严重，使得液相被完全挤出流向自

14、由变粒间塑性变形严重，使得液相被完全挤出流向自由变形区，试样中心区域几乎没有液相。形区，试样中心区域几乎没有液相。结论结论1、半固态、半固态ZCuSn10单向压缩单向压缩真应力应变曲线真应力应变曲线，都可以分为三都可以分为三个阶段。随着温度的升高，应力个阶段。随着温度的升高，应力应变曲线应变曲线“下移下移”，应，应力降低；随着应变速率的增加，应力增加；应变量对峰值力降低；随着应变速率的增加，应力增加；应变量对峰值应力的影响较小。温度主要影响峰值应力，峰值应力随着应力的影响较小。温度主要影响峰值应力，峰值应力随着温度的升高而降低；应变速率主要影响峰值应力，峰值应温度的升高而降低；应变速率主要影响

15、峰值应力，峰值应力随着应变速率的增加而增加；应变量对峰值应力影响较力随着应变速率的增加而增加；应变量对峰值应力影响较小，且较小应变量的真应力小，且较小应变量的真应力-应变曲线与大应变量的真应力应变曲线与大应变量的真应力-应变曲线基本重合。应变曲线基本重合。2、半固态半固态ZCuSn10铜合金单向压缩试样具有三个典型的压缩铜合金单向压缩试样具有三个典型的压缩变形区域，即难变形区，大变形区，自由变形区。难变形变形区域，即难变形区，大变形区，自由变形区。难变形区微观组织保持原始半固态组织不变，大变形区固相晶粒区微观组织保持原始半固态组织不变，大变形区固相晶粒畸变严重，自由变形区固相晶粒具有一定圆整度

16、，出现孔畸变严重，自由变形区固相晶粒具有一定圆整度，出现孔洞与裂纹。压缩过程中发生液相的宏观转移，大部分液相洞与裂纹。压缩过程中发生液相的宏观转移，大部分液相流到自由变形区。当其他条件相同时，变形量越大，半固流到自由变形区。当其他条件相同时，变形量越大，半固态态ZCuSn10铜合金压缩试样中心部位的液相越少。随着温铜合金压缩试样中心部位的液相越少。随着温度的升高，半固态度的升高，半固态ZCuSn10铜合金压缩试样的端部，过渡铜合金压缩试样的端部，过渡区域，心部的液相均减少。随着应变速率的增加，半固态区域，心部的液相均减少。随着应变速率的增加，半固态ZCuSn10铜合金压缩试样的过渡区域液相增加。铜合金压缩试样的过渡区域液相增加。致谢致谢u大学本科的