SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料工艺研究

作     者：吴龙彪 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢德宏

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：ZCuSn10铜合金 半固态 SIMA 预变形 组织演变 

摘      要：半固态金属成形具有近终成形,成形零件致密、力学性能良好、机械加工量少,模具寿命长,可制造复杂结构件等独特的优点。 铜合金广泛应用于各行业,传统浇铸的铜合金易产生气孔、缩孔及偏析等铸造缺陷,且铜合金的压铸本身存在模具寿命短的致命问题。如果采用半固态压铸技术生产铜合金产品,将有望较大的降低模具温度,提高模具寿命,体现半固态成形技术的优势,这将在铜合金的生产过程中展现出良好的前景。本文采用应变诱发激活熔化(SIMA)法制备出了较好的ZCuSn10铜合金半固态坯料,主要研究如下： 首先,采用多向锻造与重熔的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料。分析重熔过程中保温时间和重熔温度对ZCuSn10半固态坯料微观组织的影响。16%变形量的坯料在900℃保温30min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。但在预变形阶段发现变形操作难度较大,变形量不易控制且控制不准确,棒状坯料锻造过程中容易发生断裂,此变形方法无法实现半固态坯料的连续制备以及制备坯料尺寸有局限性。 其次,采用冷热轧制两种预变形用以制备ZCuSn10铜合金半固态坯料,实验结果发现用冷轧和热轧预变形的SIMA法能够制备出晶粒细小、圆整度好、液相率高的ZCuSn10铜合金半固态坯料,但是在热轧预变形过程中坯料易裂开、弯曲,冷轧坯料外部完整、形变均匀,确定冷轧为制备铜合金半固态坯料的最佳预变形方式。 再次,本文对冷轧与重熔制备的ZCuSn10铜合金半固态坯料组织的工艺参数进行了深入研究,包括了重熔温度、保温时间以及变形量3个主要因素。结果表明：冷轧与重熔制备铜合金半固态坯料最佳工艺是：22%预变形铜合金坯料在900℃保温15～20min。在相同的重熔温度和保温时间下,变形量越大固相率越少;大约在12%变形量是铜合金半固态组织晶粒细化的门槛值。但是当变形量增大到17%和22%时,晶粒细化趋势逐渐趋于平缓。 最后,对ZCuSn10铜合金半固态组织的演变机理进行了研究,铜合金坯料预变形后在重熔处理过程中,首先发生再结晶减少组织内应力,产生大量再结晶晶界。在晶界和枝晶根部最先熔化出现液相,熔池在晶粒内部产生是枝晶臂的合并结果。液相逐渐将碎断的枝晶包围,并最先使枝晶的尖角圆整,晶粒成团块状。随保温时间的延长,形变能逐渐释放,液相量增加,在表面能的作用下发生球化。最后能够获得球化效果良好、晶粒细小、液相率高的半固态组织。