硅黄铜热变形特征及组织演变规律的研究

摘要

硅黄铜合金以成本低、环保、优异的切削性以及独特的耐磨性、耐蚀性等性能，被广泛应用于机械、汽车及水上工程等领域。然而实际应用中的硅黄铜工件一般都是因为形状比较复杂需要通过热加工成型，以及随着现代科技产业的快速发展对硅黄铜材料的高温塑性要求越来越高，因此对硅黄铜热变形特征的研究十分必要。本文采用Gleeble-3500热模拟、金相（OM）、能谱分析（EDAX）以及硬度测试等方法，并利用动态材料模型（DMM）为理论依据的加工图的方法系统地研究硅黄铜热变形特征和热变形后显微组织演变规律，确定了硅黄铜高温塑性变形时的可加工温度及应变速率范围及最优变形参数，并结合硅黄铜合金板材实际轧制工艺优化出了该合金热加工工艺方案。研究结果表明：
　　（1）通过对硅黄铜合金高温压缩变形进行模拟，建立起了包含变形激活能Q和变形温度T的Arrhenius双曲正弦形式表示的流变应力与应变速率和变形温度之间的关系，得出硅黄铜合金高温变形时的本构方程：（此处省略公式）其中，变形激活能Q为190.18kJ·mol-1。
　　（2）以包含变形激活能Q和变形温度T的双曲正弦形式的流变应力模型为基础，建立硅黄铜合金高温变形时包含应变的本构关系：（此处省略公式）其中n=3.80122+0.784067exp(-0.40999(ε-0.14423)2)a=-0.05492+0.097176exp(ε-105995(-0.05314)2) Q=197.73011+(-6.00433)exp(-232.73973(ε-0.15069)2) lnA=24.5177+(-0.65697)exp(-410.62331(ε-0.15145)2)
　　（3）动态再结晶是硅黄铜合金高温变形时的主要变形机制，一定应变速率范围内，在600~800℃温度范围内变形时，合金都会发生再结晶。在低温范围由于变形不均匀使动态再结晶仅发生在晶界，导致了整个变形体内再结晶不均匀；而在高温范围，动态再结晶晶粒分布均匀。
　　（4）通过动态加工图方法并结合硅黄铜合金变形后的组织，分析可得该合金最优的变形温度为650℃~750℃，应变速率为0.05~10 s-1，可加工温度范围为650℃~800℃。
　　（5）通过分析硅黄铜合金在应变量分别为0.1、0.4、0.6时的加工图，得知随着应变量的增大，加工图中流变失稳区域有向高温及高应变速率区域扩大的趋势，从而得知合金在轧制等热加工工艺中变形量不能选择过大。
　　（6）通过对硅黄铜合金板材热轧实验得知，一定范围内随着随着应变量的增加、变形温度的升高，合金回复、再结晶效果明显，组织中α基体相变化越明显，再结晶数量也愈多；在变形温度为550~800℃范围内下，硅黄铜合金发生再结晶的临界变形温度为650℃左右，完全再结晶的变形温度为750℃左右。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 黄铜合金的发展现状

1.3 热变形行为相关领域的研究现状

1.4 研究内容及创新点

第二章 材料制备与实验方法

2.1 实验工艺流程

2.2 实验材料及制备

2.3 实验方案

2.4 材料性能检测及组织观察

第三章 硅黄铜合金铸态及热变形组织性能研究

3.1 铸态硅黄铜合金组织观察及性能分析

3.2 热变形组织演变规律分析

3.3 本章小结

第四章 硅黄铜合金热变形特征的研究

4.1 热变形参数对硅黄铜合金流变应力的影响

4.2 流变应力本构方程的建立

4.3 动态再结晶数学模型的建立

4.4 本章小结

第五章 硅黄铜合金加工图的研究

5.1 动态材料加工图的建立

5.2 硅黄铜合金加工图分析

5.3 应变量对硅黄铜加工图的影响

5.4 本章小结

第六章 硅黄铜合金板材轧制工艺及组织演变规律的研究

6.1 铸态板材组织分析

6.2 热轧板材组织分析

6.3 本章小结

第七章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果