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挤压速率对流变挤压铸造铜合金轴套零件组织和力学性能的影响

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材料研究学报 2018年第1期32卷 73-80页

作者：陈泽邦肖寒李乃拥周荣锋卢德宏周荣昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

采用流变成形技术,采取冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备流变浆料,研究挤压速率对流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件组织和力学性能的影响,探讨ZCuSn10P1铜合金充型流动过程中固液两相的演变规律。结果表明:在成形比压为250 ... 详细信息

采用流变成形技术,采取冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备流变浆料,研究挤压速率对流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件组织和力学性能的影响,探讨ZCuSn10P1铜合金充型流动过程中固液两相的演变规律。结果表明:在成形比压为250 MPa,挤压速度为15 mm/s时,流变挤压铸件的组织较均匀,固液协同流动性最好。此时,抗拉强度达到最大值371.1 MPa,延伸率为8.43%,与液态挤压铸件相比,其抗拉强度、延伸率分别提高了57.3%、78.7%。在流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套零件过程中,不仅垂直方向上存在液相偏析现象,且在水平方向上也会出现液相偏析现象。

关键词：金属材料铜合金流变挤压组织演变半固态

测速齿轮流变挤压成形缺陷的形成机理及改进措施

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铸造 2010年第10期59卷 1049-1052页

作者：覃彦龙傅新生王丹丹王峰赛多利斯科学仪器(北京)有限公司北京101300 中国农业机械化科学研究院北京100083 北京鉴衡认证中心有限公司北京100013

在测速齿轮生产中,流变挤压成形工艺参数选择不合理时,铸件易出现表面冷隔、皮下气孔、热裂纹等缺陷。由于合金浆料粘度大,流动性差,分别从成形压力、拔模斜度、涂料、模具预热温度和保压时间几个方面对铸件质量的影响进行分析,通过与... 详细信息

在测速齿轮生产中,流变挤压成形工艺参数选择不合理时,铸件易出现表面冷隔、皮下气孔、热裂纹等缺陷。由于合金浆料粘度大,流动性差,分别从成形压力、拔模斜度、涂料、模具预热温度和保压时间几个方面对铸件质量的影响进行分析,通过与试验结果相对比,得出正确的成形工艺参数,即模具预热温度为180～220℃,冲头拔模斜度为1°,成形比压为69.1MPa,保压时间为5s。通过试验验证,挤压出了内、外质量良好的测速齿轮挤压件。

关键词：半固态流变挤压成形质量

流变挤压铸造ZCuSn10Pl铜合金轴套的组织和力学性能研究

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流变挤压铸造ZCuSn10Pl铜合金轴套的组织和力学性能研究

作者：陈泽邦昆明理工大学

学位级别：硕士

铜合金的应用领域广泛,传统液态成形由于其熔点较高,存在模具寿命短、产品能耗大、易氧化、吸气等问题,而铜合金半固态成形则有望降低模具温度、提高模具寿命、降低能耗,提高产品性能,因此,开展铜合金半固态成形技术具有重要的科学意义... 详细信息

铜合金的应用领域广泛,传统液态成形由于其熔点较高,存在模具寿命短、产品能耗大、易氧化、吸气等问题,而铜合金半固态成形则有望降低模具温度、提高模具寿命、降低能耗,提高产品性能,因此,开展铜合金半固态成形技术具有重要的科学意义和使用价值。本文将冷轧-重熔应变诱导熔化激活法的制浆工艺和挤压铸造工艺相结合,提出了一种新的流变挤压铸造工艺。设计内加弹簧和挡料圈的模具进行了流变挤压铸造铜合金轴套实验,在定量浇注、制浆工艺与挤压铸造工艺间的衔接等方面进行了尝试。并以ZCuSn10P1铜合金轴套为研究对象,研究了成形工艺参数对轴套组织和性能的影响规律,本文的主要研究内容及研究结果如下:(1)流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套过程中,沿着充型方向,组织内液相增加,在垂直充型方向上,轴套里外两端的液相比中间组织的液相偏高。随着成形比压增加,轴套组织的均匀性先变好后变差。随着挤压速率提高,轴套组织均匀性提高。在成形比压250MPa、挤压速率15mm/s时,流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套组织最均匀。(2)随着成形比压增加,初生固相平均晶粒尺寸和形状因子先减小后增大;随着挤压速率提高,初生固相平均晶粒尺寸和形状因子逐渐减小。在成形比压250MPa、挤压速率15mm/s时,流变挤压铸造ZCuSn10P1铜合金轴套组织的初生固相平均晶粒尺寸和形状因子最小,分别为83.3μm和1.59。(3)轴套组织越均匀,初生固相颗粒尺寸越小,力学性能越高。随着成形比压增大,轴套的力学性能先增加后减小;随着挤压速率提高,轴套力学性能逐渐提高。在成形比压250MPa、挤压速率15mm/s时,轴套力学性能最好,抗拉强度为371.1MPa,延伸率为8.4%,与液态挤压铸件相比,其抗拉强度、延伸率分别提高了 55.9%、83.3%。(4)流变挤压轴套与常规液态挤压轴套的拉伸断口形貌有较大的差异,液态挤压件为脆性断裂,强度和延伸率都较低。流变挤压铸造铜合金轴套的断口形貌类似,都属于混合型断口,在固相颗粒间液相较多的区域易产生沿晶脆性断裂;在固相颗粒间液相较少的区域,则会同时产生穿晶脆性断裂和韧性断裂。

关键词： ZCuSn10P1铜合金流变挤压组织工艺参数力学性能

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半固态铜合金流变挤压成形的组织演变

特种铸造及有色合金 2016年第2期36卷 157-161页

作者：陈泽邦肖寒李勇周荣锋卢德宏周荣昆明理工大学材料科学与工程学院

以ZCuSn10铜合金为研究对象,采用冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备了流变浆料,研究了流变成形比压和挤压速率对半固态ZCuSn10铜合金挤压组织的影响,探讨了ZCuSn10铜合金充型流动过程中固、液两相的演变规律。结果表明,在成形比... 详细信息

以ZCuSn10铜合金为研究对象,采用冷轧-重熔的应变诱导熔化激活法(SIMA)制备了流变浆料,研究了流变成形比压和挤压速率对半固态ZCuSn10铜合金挤压组织的影响,探讨了ZCuSn10铜合金充型流动过程中固、液两相的演变规律。结果表明,在成形比压为150 MPa,挤压速率为14mm/s时得到的成形件组织较均匀,固、液两相协同流动性好。相同挤压工艺条件下,半固态挤压成形件各个位置组织差异较大。近冲头位置保持初始半固态组织;试样中部位置为固、液两相共存的半固态组织,固相颗粒圆整度较高;试样最前端的微观组织中以液相为主,固、液两相分布均匀性较差。

关键词： ZCuSn10铜合金流变挤压组织演变

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镁合金流变挤压工艺研究

特种铸造及有色合金 2007年第S1期27卷 271-274页

作者：杨必成张少明徐骏张志峰田战峰北京有色金属研究总院国家有色金属复合材料工程技术研究中心

研究的流变挤压工艺是将双螺旋流变制浆技术和常规挤压技术相结合,开发出的一种新型短流程加工工艺。根据材料固液相区宽度,设计出了流变固态挤压和流变直接挤压两种工艺路线。流变固态挤压是热塑性变形过程,AZ31进行流变固态挤压得到... 详细信息

研究的流变挤压工艺是将双螺旋流变制浆技术和常规挤压技术相结合,开发出的一种新型短流程加工工艺。根据材料固液相区宽度,设计出了流变固态挤压和流变直接挤压两种工艺路线。流变固态挤压是热塑性变形过程,AZ31进行流变固态挤压得到的平均晶粒大小约2.1μm,小于常规慢速挤压组织,抗拉强度和屈服强度也明显高于常规挤压。流变直接挤压是半固态浆料的凝固过程,AZ61进行得到的二次凝固组织细小均匀等轴,平均晶粒尺寸约8μm。

关键词：镁合金半固态流变挤压二次凝固

挤压比对流变挤压成形Al-0.1Fe合金组织性能的影响

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精密成形工程 2024年第8期16卷 52-60页

作者：杨博威刘文月高民强刘鑫郭庆涛巩俐管仁国海洋装备用金属材料及其应用国家重点实验室辽宁鞍山114009 鞍钢集团北京研究院有限公司北京102200 大连交通大学连续挤压教育部工程研究中心辽宁大连116028

目的研究挤压比对流变挤压态Al-0.1Fe合金微观组织演化和力学性能的影响规律,为通过流变挤压成形制备高性能Al材过程中挤压比的选用提供依据与参考。方法采用重力铸造和流变挤压方法制备了Al-0.1Fe合金,对比了铸态和流变挤压态Al-0.1Fe... 详细信息

目的研究挤压比对流变挤压态Al-0.1Fe合金微观组织演化和力学性能的影响规律,为通过流变挤压成形制备高性能Al材过程中挤压比的选用提供依据与参考。方法采用重力铸造和流变挤压方法制备了Al-0.1Fe合金,对比了铸态和流变挤压态Al-0.1Fe合金的微观组织和力学性能,通过Arrhenius方程建立了晶界迁移速率与温度之间的关系,研究了流变挤压过程中不同挤压比对Al-0.1Fe合金组织性能的影响。结果流变挤压变形可消除铸造过程中形成的粗大枝晶,破碎微米尺寸Al_(3)Fe相,使之转变为细小的等轴晶和纳米尺寸Al_(3)Fe相;当挤压比从4增大至6.25时,流变挤压态Al-0.1Fe合金的晶粒逐渐细化,位错密度提高,纳米尺寸Al_(3)Fe相逐渐球化,合金强度和硬度提高,导电率降低;当挤压比为9时,大量摩擦热和变形热增大了晶界迁移速率,导致流变挤压态Al-0.1Fe合金的晶粒和纳米尺寸Al_(3)Fe相发生粗化,位错密度降低,伸长率和导电率提高。结论在流变挤压成形过程中适当提高挤压比可以细化合金的微观组织,提高合金的力学性能;当挤压比过高时,合金微观组织发生粗化,导致合金的力学性能降低。

关键词：挤压比流变挤压 Al-0.1Fe合金组织性能导电率

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A356合金半固态流变挤压过程中组织分析

A356合金半固态流变挤压过程中组织分析

作者：王扬虎兰州理工大学

学位级别：硕士

本文采用弱搅拌及倾斜板法制备了半固态A356合金,并研究了半固态A356合金反向流变挤压成形过程中金相组织的液相偏离现象。该研究是扩展铝硅合金材料应用的探索性研究。半固态成形技术,由于在提高产品质量,降低能耗等方面具有独持的技... 详细信息

本文采用弱搅拌及倾斜板法制备了半固态A356合金,并研究了半固态A356合金反向流变挤压成形过程中金相组织的液相偏离现象。该研究是扩展铝硅合金材料应用的探索性研究。半固态成形技术,由于在提高产品质量,降低能耗等方面具有独持的技术优势和广阔的应用前景倍受人们的关注并且发展迅速,已经成为一种最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之一。首先进行了弱搅拌法和倾斜板法制备半固态A356合金浆料的工艺研究,讨论了工艺参数对合金微观组织的影响规律,初步分析了在半固态合金制备过程中合金微观组织演变机理。利用倾斜板法及弱搅拌法均可以制备出具有球团状、块状或者蔷薇状初生α相组织的A356半固态合金。在冷却板上流程更长的金属液有利于更小更圆整晶粒的形成;冷却板倾斜角度较大,初生相组织更均匀,倾斜角度较小,组织更细小圆整;在相同条件下,搅拌速度越高,半固态球状颗粒越细小、圆整、均匀,但搅拌速率达到一定值后对初生a-A1相平均晶粒尺寸影响不大。根据试验结果及其分析,在本文的试验条件下,制备A356合金半固态浆料的工艺条件组合可以设定为：倾斜板法,浇注温度640℃,金属流动长度800mm,冷却板倾斜角度60°;弱搅拌法,搅拌温度为600℃,搅拌时间为16s,搅拌速度为180r/min。其次进行了半固态A356合金流变外挤成形实验,讨论了半固态合金挤压过程中液相分离现象的规律及挤压速度对半固态合金组织的影响。研究表明：半固态A356合金流变挤压成形过程中,不仅垂直方向上存在液相偏析现象,水平方向上也会存在液相偏析现象;随着挤压速度的提高,半固态合金挤压成形试样的液相偏析现象越来越不明显,随着液相率的提高,液相偏析越不明显,但组织会有枝晶化倾向;在一定的固相分数及一定的挤压速度下,可以制备纵向上无液相偏析现象的试样。最后进行了半固态A356合金流变内挤成形实验,研究了挤压比及液相分数对半固态合金组织的影响。研究表明：内部流变挤压不仅垂直方向上存在液相偏析现象,水平方向上也会存在液相偏析现象;但倾斜板法内挤得到的试样组织大部分已经严重的恶化,不再以半固态组织形状存在,而弱搅拌法内挤得到的试样组织大部分还是以半固态形式存在。

关键词：半固态 A356合金弱搅拌倾斜板流变挤压

连续流变挤压技术对Al-5Ti-1B中间合金组织及性能的影响

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连续流变挤压技术对Al-5Ti-1B中间合金组织及性能的影响

作者：田百伟兰州理工大学

学位级别：硕士

随着各领域对轻量化的追求,超强超韧的铝合金材料得到了各行业的青睐。众所周知,具有细小均匀的等轴晶结构的铝合金锭不仅能够有效的降低缩孔缩松以及热裂纹等铸造缺陷,而且可以极大的提高铝合金锭的强度、韧性以及再加工性能。因此,通... 详细信息

随着各领域对轻量化的追求,超强超韧的铝合金材料得到了各行业的青睐。众所周知,具有细小均匀的等轴晶结构的铝合金锭不仅能够有效的降低缩孔缩松以及热裂纹等铸造缺陷,而且可以极大的提高铝合金锭的强度、韧性以及再加工性能。因此,通过控制铝合金的铸造过程直接获得具有细小等轴晶结构的铝合金锭成为世界铝合金生产企业改善铝合金性能的首要选择。在众多晶粒细化方法中,通过向铝及合金液中添加Al-Ti-B细化剂使铸锭由粗大的等轴晶转变为细小的等轴晶的细化方法成为铝生产企业的最佳选择。Al-5Ti-1B合金线材已被世界铝生产企业公认为最好的铝用细化剂,全球约有75%的铝加工企业正在使用该类细化剂。目前,Al-Ti-B中间合金生产企业主要通过氟盐法制备该类中间合金。即在800℃左右向铝熔体中加入KTiF和KBF的混合物,并施加一定强度的机械搅拌,通过混合氟盐与铝熔体发生界面反应从而制得Al-Ti-B中间合金液,最后连铸连轧为Φ9.5mm的合金线材。用氟盐法制备中间合金,不仅制备工艺简单,原料价格低廉而且容易去除合金反应的副产物。但是在制备过程会释放大量的含氟气体造成环境污染,且长时间工作会对人体造成一定的损害。而且反应副产物会对坩埚造成严重腐蚀,降低合金液的纯净度,从而影响合金的细化性能。本论文围绕连续流变挤压技术制备Al-5Ti-1B中间合金展开,在氟盐法的基础上探讨了用海绵钛代替氟钛酸钾作为制备中间合金熔体的原料,以确定Al-5Ti-1B中间合金线材的最优熔配和成形工艺为目标,研究了海绵钛的替代量、合金化温度、合金化时间以及浇注温度、结晶轮内冷却水流量和结晶轮转速对中间合金组织以及细化效果的影响。并通过细化衰退试验对中间合金细化效果的稳定性做了进一步验证。主要研究如下:(1)通过正交试验确定了Al-5Ti-1B中间合金的连续流变挤压工艺为:熔体温度为850℃时将替代率为25%的海绵钛颗粒加入铝熔体中反应10 min后,调整熔体温度为780℃,将称量好的氟盐预压块用钟罩压入熔体中。待氟盐块完全熔解后直接向熔体施加高能超声波处理10 min,然后将合金液熔体保温20 min后对其进行精炼处理。合金液连续流变挤压前应再超声处理5 min,以便分散熔体中可能沉积的中间相,尽可能的降低合金成形组织内的成分偏析。合金液连续流变挤压成形参数为:结晶轮内冷却水流量为2.5L.h,浇注温度为740℃,结晶轮转速为12.5 ***。用该工艺制备的中间合金线材在750℃细化纯铝,20 min后测得铝细化样的晶粒数为130.61(个.mm),最大铝晶粒尺寸不超过90μm。(2)通过研究海绵钛替代量(0%、25%、35%)以及合金化温度对中间合金化学成分的影响得知:用海绵钛部分替代氟钛酸钾制备中间合金时,合适的海绵钛替代量能够有效的提高获得成分含量合格的中间合金的获得率。当海绵钛的替代量为25%时,合金中元素Ti的含量为5.08wt%,B元素的含量为1.08wt%,即制得的Al-5Ti-1B在成分含量上达到了标准YST 447.1-2011对Al-5Ti-1B中间合金的A级评价的要求。(3)用25%的海绵钛替代氟钛酸钾制备Al-5Ti-1B中间合金,组织中AlTi相多以细小的颗粒状均匀的分布在合金组织中,且数量较多,仅存在极少量的大块状的AlTi相。且随着反应温度的升高AlTi相尺寸逐渐增大,且最大尺寸不超过60μm。其形貌随反应温度的升高其变化规律为:规则的粒状→长径比较小的条状→块状。当反应温度升至850℃时,中间合金中AlTi相出现团聚现象。(4)流变挤压参数主要通过改变合金组织中第二相的分布,来影响中间合金的细化效果。当合金液浇注温度为720℃,冷却水流量为2.5 L.h时,合金组织中出现破碎的AlTi颗粒,TiB聚集团尺寸较小且聚集团内单个的TiB相十分疏松,无黏粘现象。随着冷却水流量的增大,AlTi颗粒破碎现象消失,第二相较均匀的分布在中间合金组织中。(5)用最优工艺制备的Al-5Ti-1B合金细化纯铝,750℃时将钛含量为0.01wt%的中间合金加入纯铝,5 min后铝晶粒得到了明显的细化。组织中由原来未经细化的900μm左右的粗晶粒转变为80μm的细等轴晶。且在随后的2 h的保温时间内,Al-5Ti-1B对纯铝的细化效果并没有明显的衰退现象。

关键词：流变挤压 Al-5Ti-1B 替代法组织结构细化性能

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ZCuSn10合金流变挤压组织及性能研究

ZCuSn10合金流变挤压组织及性能研究

作者：陆常翁昆明理工大学

学位级别：硕士

锡青铜具有良好的耐腐蚀、高强度和耐磨性能,因而被市场上广泛应用于轴承轴套、水龙头开关、高压阀门等领域,但该合金铸造成形存在熔炼温度高、模具寿命短、成分偏析等问题,因此需开发新的成形技术。半固态成形具有工艺流程短,能耗低,... 详细信息

锡青铜具有良好的耐腐蚀、高强度和耐磨性能,因而被市场上广泛应用于轴承轴套、水龙头开关、高压阀门等领域,但该合金铸造成形存在熔炼温度高、模具寿命短、成分偏析等问题,因此需开发新的成形技术。半固态成形具有工艺流程短,能耗低,设备投资少,可节约成本等优势,因此开展锡青铜半固态成形具有意义和应用价值。本文以ZCuSn10锡青铜为研究对象,利用流变成形技术,通过冷轧-重熔方法制备流变浆料,研究保温温度、保温时间及轧制预变形量等制浆工艺参数和挤压力、挤压速度及模具结构等挤压工艺参数对半固态ZCuSn10合金挤压组织的影响,同时通过金相显微镜(OM)、布氏硬度计、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机等设备,对流变挤压铸件组织和性能进行分析,探讨ZCuSn10合金充型流动变形机理和抗拉性能的变化规律。本文的主要研究内容及研究结果如下：(1)不同的制浆工艺参数,得到的ZCuSn10合金挤压组织差异大;这主要表现在挤压组织液相率和固相晶粒尺寸及其圆整度不同等,经实验研究证明得出：加热920℃,保温90min,轧制变形量17%可得到表面光洁、缺陷较少的挤压铸件,其微观组织圆整度好,颗粒细小,固液两相分布均匀,表明ZCuSn10合金具有良好的流变挤压成形性。(2)不同的挤压工艺参数,ZCuSn10合金流动充型变形机理不同,最终使挤压微观组织差异大;经试验研究证明得出：挤压力120T,挤压速率15mm/s,简单结构模具条件下挤压铸件组织较均匀,颗粒较细小;复杂结构模具中间部位直径为φ25mm的挤压铸件组织也相对均匀,但相比简单结构模具挤压铸件组织要差。通过分析其充型流动变形机理可知,这是由于简单结构模具浆料在充型过程中各部分受力均匀,固液两相协同流动,因而得到的组织较均匀。经压头直径为φ2.5mm的布氏硬度计测试：典型部位(a)液态浇注铜合金零件硬度为107.6HBW,液态挤压铜合金零件硬度为110 HBW,表明经过挤压后,铸态ZCuSn10合金硬度提高;液态挤压铜合金零件、挤压半固态简单圆盘铜合金零件和挤压半固态复杂铜合金零件典型部位a、b、c布硬度分别为110 HBW、114HBW、112HBW和145.8HBW、148 HBW、146 HBW 和 125.4 HBW、132 HBW、115 HBW。(3)分析了液态挤压铸态、重熔半固态和热处理前后挤压半固态组织及抗拉性能;结果显示：液态挤压铸态抗拉强度为317.4MPa,延伸率为15.8%,重熔半固态抗拉强度为328.1MPa,延伸率为16%;挤压半固态由于铸造充型过程组织不均,性能差异较大;热处理后,通过α相和α+δ相中Sn含量的改变,使挤压组织得到明显改善,性能提高,其中热处理加热690℃保温100min后空冷的ZCuSn10合金挤压组织改善较好,其抗拉强度由原始各部位强度不均匀趋向于均匀,最终抗拉强度为344.5MPa,延伸率为17.7%。

关键词： ZCuSn10合金流变挤压组织性能