单向压缩半固态铜合金的显微组织演变

利用Gleeble-1500热/力学模拟试验机,对采用应变诱导熔化激活法制备的ZCuSn10铜合金半固态及铸态坯料进行单向压缩实验。分析压缩变形条件对半固态ZCuSn10铜合金坯料显微组织的影响,并结合压缩后的显微组织对固液两相的流动规律进行分析。结果表明:SIMA法制备的半固态压缩试样变形抗力仅为常规铸态ZCuSn10铜合金压缩试样的一半。半固态试样压缩变形前液相率为19.4%,压缩变形后液相率为8.1%。半固态ZCuSn10铜合金在不同应变量、变形温度、应变速率下进行压缩实验,试样在过渡区域开始产生液固分离现象,并在中心区域出现液固完全分离现象。变形量越大,半固态ZCuSn10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ZCuSn10铜合金压缩试样的端部、过渡区域、心部的液相均增加。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的液相增加。     

半固态ZCuSn10P1铜合金压缩行为及组织演变

采用"冷轧-部分重熔"技术制备半固态ZCuSn10P1铜合金浆料,利用Gleeble-3500型热/力学模拟试验机对半固态ZCuSn10P1铜合金进行单向压缩试验,研究半固态ZCuSn10P1铜合金压缩变形时液固两相协同变形行为和组织演变规律.结果 表明:半固态ZCuSn10P1铜合金单向压缩变形后,近球状固相晶粒会变为纤维状或胞状晶.半固态ZCuSn10P1铜合金在应变速率为1s-1条件下从350℃到880℃等温压缩后显微组织发生变形,其主要变形机制为:固相粒子的塑性变形机制(PDS)、固相粒子之间的滑移机制(SS)、液固相混合流动机制(FLS)和液相流动机制(LF).半固态ZCuSn10P1铜合金在压缩过程中,应变速率越大,所承受的变形抗力越大,试样被破坏程度越大,当压缩变形温度较高时,半固态ZCuSn10P1铜合金发生沿晶断裂.     

半固态5083铝合金压缩变形行为及组织特性

采用Gleeble 3500热模拟试验机,分别对铸态和SIMA法制备的半固态5083铝合金压缩变形行为进行了研究,并结合压缩后的宏观形貌和显微组织对液相的流动规律进行了分析。结果表明,变形温度和应变速率是影响5083铝合金半固态坯料热压缩变形的两个重要参数;在半固态温度区间压缩变形时,铸态坯料整体应力水平明显高于SIMA法制备的半固态坯料;而在固态温度区间内高温压缩变形时,二者流变应力曲线特征相似,半固态坯料没有明显优势;两种不同状态5083铝合金固液两相区压缩变形时,存在3个典型变形区域,半固态组织中液相均匀分布于晶粒晶界处,而铸态组织中液相分布位置极不均匀,半固态5083铝合金压缩变形后试样的致密度和均匀性优于铸态材料。     

半固态ZCuSn10铜合金坯料单向压缩变形行为及显微组织

采用Gleeble-1500材料热/力模拟机,对应变诱导熔化激活法(SIMA)制备的不同原始半固态组织的ZCuSn10铜合金进行单向压缩实验。研究预变形量和压缩变形条件对半固态坯料真应力-应变曲线及其组织的影响,并结合ZCuSn10铜合金压缩后的宏观形貌和显微组织对液相的流动规律进行分析。结果表明:随着预变形量和变形温度的增加,流变应力降低。变形温度对半固态ZCuS n10铜合金压缩变形峰值应力影响较大,对稳态应力影响较小。与固态金属压缩变形相同,半固态ZCuSn10铜合金在半固态温度区间压缩变形时,存在3个典型压缩变形区域,即难变形区(Ⅰ区)、大变形区(Ⅱ区)、自由变形区(Ⅲ区),Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的液相率分别为15.23%、5.31%、20.12%。各个变形区之间发生了液相流动,小部分难变形区内的液相流到大变形区,大部分大变形区内的液相流到自由变形区。     

轧制-重熔SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料

采用轧制-重熔的SIMA法制备了ZCuSn10合金半固态坯料,先将铸态ZCuSn10合金加热到450℃保温15 min,分别进行2~4道次轧制,然后截取试样进行重熔处理后水淬.比较了SIMA法和铸态-直接重熔工艺制备的ZCuSn10合金半固态组织,并利用SEM的EDS测定了组织中Sn的分布情况,用OM和TEM观察了SIMA法制备过程中试样组织变化,综合分析了SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料过程中的组织演变机理.结果表明:采用轧制-重熔的SIMA法制备的ZCuSn10合金半固态组织固相晶粒均匀细小,圆整度高,19.7%预变形量875℃保温15 min半固态组织最优,其平均晶粒直径75.8μm,形状因子1.62,液相率17.28%;用SIMA法制备ZCuSn10合金半固态坯料,预变形过程对晶粒细化及球化起到了关键作用,随着预变形量和重熔保温温度的提高,半固态组织晶粒尺寸减小,圆整度提高,液相率增加;采用轧制-重熔的SIMA法制备ZCuSn10合金半固态组织球化的主要机理是预变形过程破碎了枝晶,储备了变形能,在重熔过程中促进了枝晶熔断,同时,由于Sn元素从液相中向a固相中扩散迁移,液相逐渐吞噬固相的尖角突出部分,最终生成细小、圆整的a相晶粒.     

半固态ZCuSn10合金的压缩形变力学行为

利用Gleeble-1500热模拟机对半固态ZCuSn10合金的压缩变形行为进行了研究。结果表明,当应变速率、应变量相同时,压缩变形温度越高,半固态ZCuSn10合金试样的压缩变形应力就越低。当变形温度、应变量相同时,在未达到峰值应力前,半固态ZCuSn10合金试样的压缩应力随着应变速率的增加而增加。当应变速率、变形温度和应变量相同时,半固态ZCuSn10合金试样的压缩应力明显低于常规铸态的ZCuSn10合金压缩试样的压缩应力。     

半固态ZCuSn10铜合金重熔过程中的组织演变

采用拔长为预变形方式的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料,研究在半固态温度区间重熔加热过程中半固态ZCuSn10铜合金坯料初生相形貌的演变过程。结果表明:在液固两相区间对半固态组织保温,半固态ZCuSn10铜合金坯料初生相逐渐球化。在900℃保温3 min后开始出现液相,且液相率、平均晶粒直径均随着保温时间的增加而增加,液相分数由5 min的23.5%增加至20 min的32.7%,平均晶粒直径由8 min的41.7μm增大至20 min的58μm,形状因子随着保温时间延长先减小后增加,在保温15 min形状因子最小为1.75。     

重熔保温时间对ZCuSn10铜合金半固态组织的影响

采用冷轧与重熔的应变诱导熔化激活法制备了ZCuSn10铜合金半固态坯料,分析了重熔过程中保温时间对ZCuSn10铜合金半固态坯料微观组织的影响。结果表明,通过二道次轧制得到变形量为17%的试样,截取试样进行910℃保温重熔处理。随着保温时间延长,合金的平均晶粒直径增大,保温时间从10min延长至25min时,平均晶粒直径由70.6μm增大至88.0μm,晶粒形状因子则随保温时间的延长先增加再减小,保温25 min时达到最低值为2.18,液相率为27.80%,此时获得的半固态组织球化效果好,晶粒圆整度较好,晶粒尺寸和液相比较均匀。     

半固态铜合金流变挤压成形的组织演变

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。     

半固态铜合金压缩变形力学行为及显微组织

采用Gleeble-1500热/力模拟试验机对铜合金半固态坯料进行压缩试验,研究了压缩条件对铜合金变形行为和组织的影响。结果表明,枝晶试样由于发达的枝晶而使得在相同条件下进行压缩变形时所需载荷高于半固态试样;压缩过程中载荷位移曲线受压缩速率和温度影响较大:温度越高,试样中的液相率越高,在受到相同的变形作用时,载荷降低;速率越大,在相同位移下载荷越大。压缩过程中组织不断发生变化,在一定范围内,较高的压缩速率和温度有利于固液两相的协同变形。     

9Cr18合金半固态触变压缩变形行为及组织演变

以9Cr18合金为研究对象,分别对9Cr18热轧态材料及半固态坯料进行触变压缩实验。通过OM和SEM研究了其在加热、半固态及变形冷却后的显微组织演变规律,分析了其压缩过程中的固液流动特性和应力-应变关系。研究表明,半固态坯料制备是保证材料发挥半固态变形特性的必备流程,坯料加热至半固态温度能够保证固液三维均匀分布,充分发挥液相流动特性。仅通过对轧态材料加热至半固态温度区间会导致液相沿原带状组织区域熔化析出,固液分布不均匀。热轧态材料带状熔化致使液相不能形成三维连通,液相流动只能在不同部位的若干区域进行,变形主要通过固相颗粒塑性变形完成,进入最后阶段变形抗力上升。半固态坯料变形过程中固液相分布均匀,当变形进行至触变阶段,液相由于受到向外侧压力梯度作用,在固相间隙中流动,固相颗粒予以协调,发生宏观固液分离,从而使变形抗力随之下降。9Cr18合金在半固态温度区间成形过程中表现出不同于传统热处理的组织演变规律。半固态温度范围内奥氏体溶解合金元素的能力较传统奥氏体化(1050℃)有极大提高,从而提高了奥氏体在快速冷却过程中的稳定性,在冷却后得到过饱和的亚稳奥氏体组织。这种半固态独特的组织演变过程为材料组织性能控制提供一种新的可能。     

半固态AZ91D镁合金坯料热压缩后的显微组织

采用Gleeble-3500热模拟实验机对轧制诱发熔化激活法制备的AZ91D镁合金半固态坯料在应变速率为0.001~10 s~(-1)、温度300~400℃的条件下进行了高温压缩行为研究,研究了应变速率与变形温度对试样显微组织的影响,分析了试样各变形区的显微组织特性。结果表明:应变速率与变形温度是影响试样显微组织的两个重要因素,应变速率越小,变形温度越高,晶粒平均尺寸越大,尺寸均匀性越好。经过热压缩,α-Mg固相颗粒沿垂直于压缩方向被压长,而"液相"则变化不明显,表明α-Mg固相颗粒有较好的塑性变形能力,"液相"的塑性变形能力较差。压缩试样不同变形区的显微组织特征明显不同:试样心部固相颗粒发生了明显变形,而其他部位固相颗粒变形程度不大;"液相"被挤压到了试样两侧,而固相没有发生明显偏聚,表明在压力加工中"液相"比固相颗粒更容易移动。     

预变形量对7075合金半固态组织与性能的影响

利用应变诱发熔化激活(SIMA)法制备了7075合金半固态坯料,分析了预变形量对坯料的显微组织及室温压缩性能的影响,研究了不同预变形量下的半固态坯料的室温压缩变形能力。结果表明,预变形量越大,7075合金半固态坯料的初生α-Al固相颗粒越细小、球形率越好,液相率越高,抗压强度与屈服强度随之逐渐升高;预变形量值达到12%以后,半固态组织形态与压缩力学性能都趋于稳定。同时,预变形量的增加,可有效提高7075合金半固态坯料的室温压缩变形能力,当预变形量达到12%以上时,坯料的塑性变形能力较强。     

不同预变形方式的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料

利用镦粗、锻造拔长、冷轧3种不同预变形方式的SIMA法制备ZCuSn10铜合金半固态坯料,对3种不同预变形方式的ZCuSn10铜合金在重熔处理过程中的微观组织进行了研究。结果表明,采用锻造拔长、冷轧为预变形的SIMA法制备出的半固态坯料在900℃保温15min能够得到组织均匀性好,晶粒圆整度高的半固态坯料,平均晶粒直径在40～70μm之间。锻造拔长制备的半固态坯料液相析出速度和球化速度较快,冷轧制备的半固态坯料等温重熔平均晶粒直径较小。     

半固态挤压成形ZCuSn10铜合金的微观组织研究

对采用冷轧-重熔应变诱导熔化激活法制备的ZCuSn10铜合金坯料进行了半固态挤压成形和组织演变分析,研究了ZCuSn10铜合金的半固态挤压成形性。结果表明,采用冷轧-重熔法制备的ZCuSn10铜合金坯料具有均匀、细小颗粒的半固态组织,在960℃保温25min后挤压成形可获得表面光洁、组织细小、分布均匀的挤压件。     

充型量对半固态铜合金铸造充型组织的影响

以半固态ZCuSn10铜合金为研究对象,利用自主设计的一套模具在Gleeble-1500热/力学模拟实验机上进行压缩实验,研究充型量对半固态铜合金铸造充型组织的影响。结果表明:在温度950℃,充型速度5 mm/s条件下,当充型量由20%增加到40%时,随着充型量增加,试样的组织发生明显改变。变形前期,试样基本保持半固态组织,固相晶粒由液相包裹,液相在变形外力作用下先于固相流动;随着充型量的增加,固液两相发生分离,液相相互聚集,冷却凝固形成树枝晶组织,并伴有缩孔、缩松等缺陷,致密度不高;固相晶粒之间发生严重塑性变形,相互粘连在一起,晶界模糊。     

预退火时间对半固态挤压铜合金组织及性能的影响

用预退火-轧制-重熔应变诱导熔化激活法制备半固态浆料并进行反挤压成形制备铜合金轴套零件,研究预退火时间对铜合金轴套显微组织、硬度、力学性能的影响规律。结果表明：预退火时间对半固态铜合金轴套组织、力学性能、硬度的影响较大。预退火处理后ZCuSn10P1铜合金固相晶粒中Sn含量趋于均匀,700 ℃退火处理改善了ZCuSn10P1铜合金的元素偏析倾向。随着预退火时间增加,半固态铜合金轴套组织的平均晶粒尺寸逐渐增加,形状因子和液相率逐渐减小;轴套布氏硬度降低,抗拉强度和延伸率先增加后降低。综合性能较佳的预退火工艺为700 ℃退火2 h,此时ZCuSn10P1铜合金轴套组织均匀性好、元素分布更均匀,轴套平均晶粒尺寸为：73.06 μm,平均形状因子为0.72,抗拉强度为382 MPa,延伸率为5.5%,平均布氏硬度为127 HBW。     

预退火温度对半固态铜合金坯料组织演变和力学性能的影响

将铸态CuSn10P1铜合金先预退火处理,随后采用冷轧等温处理应变诱导熔化激活法(CRITSIMA)制备成半固态坯料。采用金相显微镜、配置能谱仪的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针和布氏硬度计,研究预退火温度对半固态铜合金坯料的组织演变及力学性能的影响。结果表明：随着预退火温度升高,半固态铜合金坯料的平均晶粒尺寸增加,晶粒形状因子和液相率均降低;随着预退火温度升高,α-Cu相中固溶更多的Sn元素,减弱了Sn元素偏析,晶间脆硬相δ相含量减少,布氏硬度逐渐减小。在半固态铜合金坯料中检测到新相Cu_13.7Sn的存在,这与晶间Sn元素的高度偏析有关。600 ℃预退火2 h制备的半固态铜合金坯料显微组织晶粒均匀细小,力学性能较好,其平均晶粒尺寸为68.34μm、晶粒形状因子为0.78、α-Cu基体中Sn元素固溶度为4.21wt%,布氏硬度为128 HBW。     

成形比压对ZCuSn10P1锡青铜半固态组织的影响

采用冷轧-重熔应变诱导熔化激活法制备半固态ZCuSn10P1锡青铜浆料,研究成形比压对ZCuSn10P1锡青铜组织及成形性的影响。结果表明,不同挤压工艺参数对流变挤压组织的影响很大,在挤压速率为14mm/s条件下,当成形比压为150 MPa时,成形件的组织相对较好,固液协同流动性好,此时,液相率为27.6%,固相晶粒圆整度为1.52,晶粒平均直径为80.21μm;在半固态锡青铜的流变挤压成形过程中,当成形比压为150 MPa时,零件从上到下,液相率由20.1%增加至33.2%,且在零件底端会产生液相团聚现象,固液两相的分布均匀性较差。     

SIMA法工艺参数对7075铝合金半固态组织的影响

利用应变诱发熔化激活法(SIMA)制备了7075铝合金半固态坯料。分别研究了变形程度、半固态加热温度与保温时间对7075铝合金半固态坯料显微组织的影响。结果表明:变形程度越大,再结晶形核率越高,获得的半固态固相颗粒越均匀、细小;半固态加热温度越高,则半固态组织的固相颗粒越细小,液相率越高;当保温时间为30 min时,固相颗粒球化最好、最均匀。