銅錫合金特性，銅錫合金比例
chanong
半固態(tài)技術(shù)被稱(chēng)為21世紀(jì)最有前途的綠色制造技術(shù)之一，是介于液態(tài)成型和固態(tài)成型之間的中間技術(shù)，可順利填充到模具型腔中，熱沖擊小，成型力小。低，鑄件致密。具有較高的觸變成形、流動(dòng)變形等物理性能。
半固態(tài)流變擠壓是一種典型的流變成型工藝，可以直接由半固態(tài)金屬進(jìn)行加工，減少半固態(tài)漿料的二次加熱過(guò)程。
Lee等人利用銅鈣合金的半固態(tài)漿料成型來(lái)研究該合金的凝固結(jié)構(gòu)性能和導(dǎo)電率。 Youn 等人使用半固態(tài)銅銀合金直接形成感應(yīng)電機(jī)組件。 Yan等人對(duì)黃銅的半固態(tài)成形過(guò)程進(jìn)行了研究。王研究了使用硅碳增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的半固態(tài)鍛造工藝。
Cao等人采用旋轉(zhuǎn)鍛造工藝制備了錫青銅半固態(tài)漿料，在本研究中，半固態(tài)樣品的強(qiáng)度高于具有枝晶結(jié)構(gòu)的鑄銅，并且在下觀察到剛度和強(qiáng)度增加顯微鏡。我發(fā)現(xiàn)它增加了。顆粒尺寸變小了。 Li等人采用閉式冷卻燈法制備了銅合金半固態(tài)漿料，發(fā)現(xiàn)300 mm的斜面長(zhǎng)度提高了半固態(tài)結(jié)構(gòu)樣品的性能。 Wang等人采用軋制和重熔工藝制備了半固態(tài)銅合金坯料，并對(duì)它們進(jìn)行單向壓縮，以研究結(jié)構(gòu)演變和變形行為。
CuSn10P1合金是一種常用的錫青銅，由于具有優(yōu)良的彈性、耐磨性、耐腐蝕性，廣泛用于制造軸套、齒輪、閥門(mén)、渦輪等零件。但由于凝固溫度范圍較寬，且錫成分熔點(diǎn)較低，傳統(tǒng)砂型鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造容易因形成粗大枝晶和熔點(diǎn)低而導(dǎo)致鑄件內(nèi)部收縮。鑄件。松動(dòng)、縮孔等缺陷表現(xiàn)為塑性低，甚至晶間脆化。
如何改善銅錫合金中錫元素的晶界偏析和逆偏析，提高銅錫制品的綜合性能，是銅錫合金得到廣泛應(yīng)用亟待解決的重要問(wèn)題之一。必須予以解決。實(shí)際行業(yè)。
目前，人們通過(guò)過(guò)程控制對(duì)鑄件凝固過(guò)程中錫元素的偏析進(jìn)行了研究，劉等人正在研究?jī)烧咧g的關(guān)系。宋等人分析了TZCC生產(chǎn)的Cu-Sn4.7合金板的兩相區(qū)連鑄工藝參數(shù)以及工藝參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量、組織和力學(xué)性能的影響，研究了偏析顯微組織。
Zhai等人通過(guò)應(yīng)用超聲波處理，阻止了銅錫合金凝固過(guò)程中液態(tài)合金的體積過(guò)冷，從而快速促進(jìn)相的形核，細(xì)化了晶粒�？箟簭�(qiáng)度提高了4.8倍，顯微硬度提高了1.45倍；Kumoto等人研究了冷卻速率對(duì)Cu-10%Sn顯微組織和錫偏析的影響，發(fā)現(xiàn)二次硬度下降。顯微組織枝晶臂顯著細(xì)化，晶界偏析程度得到改善。
CuSn10P1合金中錫元素的半徑大于銅的原子半徑，但同時(shí)其在基體中的固溶體顯著增加了合金的堆垛層錯(cuò)能。在鑄造過(guò)程中形成基體時(shí)，錫元素得到強(qiáng)化，其低堆垛層錯(cuò)能效應(yīng)顯著，大大提高了合金的強(qiáng)度和塑性。本文從提高錫元素固溶度的角度出發(fā)，采用熔體限流誘導(dǎo)成核半固態(tài)漿料制備技術(shù)，并結(jié)合薄壁套管擠壓鑄造模具的快速冷卻作用，形成更細(xì)小的錫顆粒。元素.實(shí)現(xiàn).目標(biāo)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)CuSn10P1合金的球化和球化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)錫元素盡可能多地固溶到基體中，從而提高CuSn10P1合金的強(qiáng)度和韌性。
試驗(yàn)所用的CuSn10P1合金為市售的300mm連鑄棒。使用STA449F3同步熱分析儀（DSC）進(jìn)行差熱分析確定合金的凝固溫度范圍為830-1021，固液溫度區(qū)間為189。切取約6.5公斤CuSn10P1合金，在中頻感應(yīng)爐中熔化，達(dá)到1200后，進(jìn)行脫氣、除渣、凈化，然后在空氣中冷卻。 1080，分別進(jìn)行液體擠壓鑄造和半固態(tài)流變擠出。
采用徐州開(kāi)元世紀(jì)重型鍛造有限公司生產(chǎn)的KY32-200K底注液壓機(jī)完成擠壓鑄造。液壓機(jī)有200t上缸和160t下缸，分別提供合模力和充模力。采用擠壓鑄造法制造壁厚為3.5mm法蘭的薄壁襯套，法蘭外徑為48mm，高度為8mm，襯套外徑為38mm，內(nèi)徑為31mm。布什長(zhǎng)度為43毫米。
在拉拔鑄造方法中，首先將熔融金屬倒入下模中心的料筒中，然后關(guān)閉模具，通過(guò)安裝在下模中的沖頭的作用，熔融金屬?gòu)南履Ａ魅肽＞咧�。油缸。薄壁襯套底部注射擠壓鑄造是將料筒穿過(guò)側(cè)流道和內(nèi)流道腔完成的。擠出模具的預(yù)熱溫度為475，成型比壓為150MPa，擠出成型速度為18mm/s。
采用熔融限流成核通道裝置制備半固態(tài)漿料，熔融限流成核通道長(zhǎng)度為300 mm，傾角為45，當(dāng)溫度降至1080 時(shí)停止流動(dòng)。澆注到通道入口，在通道（截面尺寸5mm100mm400mm）的約束下，熔融金屬在通道過(guò)程中由于上下表面的冷卻作用而迅速過(guò)冷并形核。通道流動(dòng)過(guò)程，在出口處變成半固態(tài)，得到石墨漿料，預(yù)熱至900左右，收回坩堝后快速注入模筒內(nèi)進(jìn)行半固態(tài)流變擠壓鑄造。
使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的FeCl3-C2H6O溶液蝕刻金屬組織樣品，并使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察金屬組織。單軸拉伸性能測(cè)試在室溫下進(jìn)行，拉伸速度為2mm/min，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（10噸液壓式），使用掃描電子顯微鏡（日立S-3400N）進(jìn)行測(cè)量。 ）。拉伸試樣斷裂形貌觀察及斷裂模式分析
在平衡條件下，CuSn10P1合金的凝固組織由粗大枝晶初生相、晶界高錫相和Cu3P相組成。其中，Cu3P、、相以三元共晶形式存在，是高溫、相共析分解形成的共析組織。
理論上，相在350時(shí)也會(huì)共析分解形成相，但通常由于溫度低而不會(huì)分解，保留在室溫下，最終形成++Cu3P三元系，一階它們?cè)?內(nèi)交替分布在片中。
在拉鑄條件下，由于鑄型的快速冷卻，液態(tài)金屬在充型初期由粗大的枝晶初生相轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)的枝晶相，并間斷分布++Cu3P三元片狀結(jié)構(gòu)。做。晶界；隨著充型過(guò)程的進(jìn)行，熔融金屬通過(guò)相對(duì)較大的橫向流道，初生枝晶相枝晶臂有一定程度的生長(zhǎng)，在相對(duì)狹窄的內(nèi)部流道和型腔壁下產(chǎn)生剪切作用，破壞了一些長(zhǎng)的晶界。樹(shù)突臂變成短樹(shù)突臂，加厚了三元層狀結(jié)構(gòu)。
隨著充型過(guò)程的繼續(xù)，枝晶臂在狹窄的型腔內(nèi)被進(jìn)一步破壞，并通過(guò)型腔壁的冷卻和過(guò)冷而生長(zhǎng)到一定程度，形成短玫瑰狀枝晶，同時(shí)形成剩余的液相。元素含量較高，一部分直接形核形成較細(xì)小的高固溶銅相，最終減少晶界三元片狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量，形成初生相，彌散分布在初生組織之間。 相。高度溶解的銅相。
與平衡或砂型鑄造條件相比，在液體條件下擠壓鑄造CuSn10P1 合金可以顯著細(xì)化晶粒。
然而，薄壁襯套的液相擠壓鑄造中，充模方向的組織分布極不均勻，初始相的尺寸和形狀以及晶界的尺寸和形狀存在較大差異。三元片狀結(jié)構(gòu)。半固態(tài)流變擠壓鑄件的結(jié)構(gòu)與液體擠壓鑄件的結(jié)構(gòu)有很大不同。
首先，組織中的初生相沒(méi)有異常長(zhǎng)大，大部分呈近似等軸狀，尺寸約為5060m；其次，晶界處的細(xì)小高錫相全部沒(méi)有形核、長(zhǎng)大。周?chē)�。初生相近球形，尺寸約為5-8m；第三，大部分三元片狀組織變得更細(xì)小，分散在細(xì)小的高錫相之間。
半固態(tài)擠壓鑄造襯套的整個(gè)橫截面結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀分布將非常均勻。
在半固態(tài)擠壓鑄造薄壁套管中，沒(méi)有像液體擠壓鑄造那樣觀察到初生相的異常生長(zhǎng)，而是由于制造過(guò)程中形成的半固態(tài)組織而形成了相對(duì)均勻的組織。被認(rèn)為有。它是一種半固體漿料。
研究表明，當(dāng)金屬熔體流經(jīng)受限通道時(shí)，熔體從進(jìn)入通道到退出的時(shí)間僅為0.25秒左右，溫降約為90，冷卻速率達(dá)到360。 /s，過(guò)冷度約為30，通道間隙厚度僅為5毫米，熔體厚度方向溫度分布較為均勻。
在熔體瞬間過(guò)冷的情況下，熔體中的初生相迅速形核并大量長(zhǎng)大。另一方面，由于初生相的快速成核，漿料中形成許多近球形的初生相，而快速成核和長(zhǎng)大的初生相的界面迅速進(jìn)入液體。在界面附近的液相區(qū)中，形成富錫區(qū)域，這阻止了初生相的進(jìn)一步生長(zhǎng)。
因此，在半固態(tài)漿料的填充過(guò)程中，初始相的尺寸在整個(gè)套筒壁上相對(duì)均勻，而在隨后的填充過(guò)程中，剩余的高錫液相由于模具的影響，不會(huì)對(duì)應(yīng)于熔體，它達(dá)到過(guò)冷并直接成核，在近球形初始相周?chē)纬杉?xì)小的高Sn 相。
可以看出，初生相中心的錫元素含量低至1.79%，初生相邊緣的錫元素含量達(dá)到9.06%。錫元素在內(nèi)部形成正偏析，剩余液體在充模過(guò)程中直接形核并長(zhǎng)大成5~8m的高錫相，錫元素含量高達(dá)12.52%。
水鑄組織中的相大部分為粗大枝晶，錫元素的固溶度較低，三元片狀脆性化合物和Cu3P變大并分布在晶體之間。由于界面相對(duì)脆弱，在拉拔過(guò)程中更容易發(fā)生沿晶斷裂。半固態(tài)鑄造組織中的晶粒高度細(xì)化和球化，同時(shí)出現(xiàn)許多58m的高錫細(xì)小相。由于高相，強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率顯著增加，拉伸斷口內(nèi)部出現(xiàn)顯著的韌性斷裂韌窩。
在半固態(tài)擠壓鑄造條件下，CuSn10P1合金襯套內(nèi)部晶粒尺寸顯著細(xì)化和球化，相中錫元素的固溶度增大，力學(xué)性能顯著提高。室溫下，薄壁襯套的拉伸強(qiáng)度達(dá)到451.0 MPa，伸長(zhǎng)率達(dá)到32.6%，高于拉拔速度為1000MPa的液體擠壓薄壁襯套的拉伸強(qiáng)度（357.03 MPa）和伸長(zhǎng)率。 1000毫安。 2mm/min，速度（7.8%）分別增加26%和318%。
與液體擠壓鑄造相比，半固態(tài)擠壓鑄造薄壁套管結(jié)構(gòu)中相尺寸和形貌分布的均勻性顯著提高。半固態(tài)鑄造時(shí)形成的固液界面附近形成的高錫液相顯著抑制初生相的長(zhǎng)大，而在充型過(guò)程中殘留的高錫液相形成二次形核。獲得。 -錫相。
半固態(tài)形成過(guò)程中合金顆粒的細(xì)化和球化以及錫元素在基體相中固溶度的顯著增加，顯著提高了薄壁襯套的抗拉強(qiáng)度和延伸率。增長(zhǎng)率的提高非常明顯。