铜镍锡合金热变形行为研究

作     者：贾岩峰 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊文欣;席奇豪

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：铜镍锡合金 热变形行为 本构方程 热加工图 数值模拟 

摘      要：铜镍锡合金因其较高的热稳定性、强韧配合性和抗腐蚀性,成为制造高性能滑动轴承的关键材料。但是由于合金中金属元素的特殊性和合金结晶温度范围广等问题,热加工过程中工艺参数的选择成为合金获取最佳组织和性能的关键,因此研究铜镍锡合金热变形行为对提高合金机械性能,进而提升滑动轴承的使用可靠性,具有重要的工程应用价值。本论文以铜镍锡合金为研究对象,基于Gleeble-3800热模拟试验机进行热压缩试验。通过采集应力-应变数据,研究了铜镍锡合金在变形温度为650℃～850℃,应变速率为0.001 s～1 s的流变应力曲线特征和动态再结晶行为,探讨变形温度和应变速率对合金的流变行为和微观组织演变的影响规律。基于Arrhenius本构关系求得铜镍锡合金峰值应力本构方程,并将预测值与试验对比验证其有效性。进一步借助Deform3D软件对铜镍锡合金热压缩变形过程进行数值模拟,得到不同变形条件下的应力、应变分布规律及详细变化情况。最后利用动态材料模型和流变失稳判据准则获得该合金在不同变形条件下的热加工图,确定铜镍锡合金高温塑性变形的失稳区、安全区与最优加工工艺参数范围,通过金相组织验证热加工图的有效性。研究结果表明:随着变形温度的升高和应变速率的降低,铜镍锡合金的流变应力值逐渐减小,表明铜镍锡合金是正应变速率敏感材料;基于Arrhenius本构关系得到铜镍锡合金本构方程平均相对误差为5.07%;随着变形温度的升高和应变速率的降低,铜镍锡合金的等效应变逐渐增大,等效应力逐渐减小;铜镍锡合金最优加工参数范围为:温度770℃～850℃,应变速率0.0013s～0.032s。