强力旋压QSn7-0.2合金微观组织与力学性能的研究

摘要

近年来，铜合金以其优良的力学性能和物理性能被广泛应用，优化铜合金的强度和塑性一直以来都是科学研究的热点。目前，主要是采取塑性变形工艺制备细晶材料来改善材料的强度和塑性，而强力旋压塑性变形主要依靠旋轮从工件的表面对材料施加巨大的成形力，使材料发生较大塑性变形，实现晶粒细化，从而有效地提高金属材料的综合力学性能。金属材料通过塑性变形不仅能改变坯料的外形和尺寸，而且还可以改变坯料的微观组织，微观组织不仅影响材料的成形过程，还对产品的性能产生重要影响，因此控制不同旋压成形工艺参数，便可以实现对产品微观组织及性能的控制，从而达到优化材料性能的目的。本文以QSn7-0.2锡青铜为研究对象，先后探讨了旋压工艺和退火工艺对锡青铜合金的显微结构、力学性能及变形机理产生的不同程度的影响。本试验采用布氏硬度测试仪、万能拉伸试验机、超景深显微镜和扫描电子显微镜对不同旋压工艺下试件的微观结构和力学性能进行了表征分析，揭示强旋工艺参数与微观组织及性能的关系，并分析了微观组织及力学性能存在差异性的原因，获得了减薄率、进给比、首轮压下量、退火温度及保温时间对旋后试件的硬度、力学性能及平均晶粒尺寸的影响规律，为提高产品质量，延长连杆衬套使用寿命以及对强旋工艺的制定提供实验和理论指导。
　　结果表明:在强旋过程中，随着减薄率的增大，晶粒尺寸越来越小，组织中细小条状的晶粒分布散乱，经过强力旋压后的锡青铜合金拥有相对较小的晶粒尺寸约为2.95μm;不同进给比下，晶粒尺寸可达到约为4.01μm，不同首轮压下量下，晶粒尺寸可达到约为3.61μm;较小的晶粒和较高的缺陷密度有助于增加材料的强度，旋压阶段变形机理主要是晶体的滑移、转动及位错运动。
　　退火后相同的旋压工艺下材料内部组织变化不明显，但试件退火前后的力学性能差别较大;退火后，组织内平均晶粒尺寸略微偏大，平均晶粒尺寸约为4.05μm，其组织内晶粒的分布更加均匀。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 铜及铜合金

1．2．1 铜及铜合金基本特征

1．2．2 铜合金的分类及应用

1．2．3 铜合金中的主要组成相

1．3 铜合金的塑性变形机制

1．3．1 铜合金的滑移

1．3．2 铜合金的孪生

1．3．3 铜合金的位向差效应

1．3．4 铜合金的织构的种类

1．3．5 铜合金的晶粒大小对力学性能的影响

1．4 金属材料的强化机制

1．4．1 固溶强化

1．4．2 细晶强化

1．4．3 位错强化

1．4．4 第二相强化

1．5 改善材料塑性的主要方式

1．6 塑性变形对金属组织和性能的影响

1．6．1 显微组织的变化

1．6．2 加工硬化

1．7 选题意义与研究内容

2 试验材料内容与步骤

2．1 实验选用的材料及预处理

2．2 实验方案的设计

2．3 成形机理及退火方式

2．3．1 强力旋压

2．3．2 旋压成形机理及受力分析

2．3．3 退火方式

2．4 工艺参数选取

2．5 旋压试验

2．6 硬度测试

2．7 力学性能测试

2．8 显微组织分析

2．8．1 金相组织观察

2．8．2 扫描电镜分析

2．8．3 晶粒大小的测量

3．1 引言

3．2 硬度测试结果

3．2 拉伸力学性能

3．4 金相组织分析

3．5 拉伸后断口分析

3．6 分析及讨论

3．6．1 宏观形貌

3．6．2 减薄率对材料的影响

3．6．3 进给比对材料的影响

3．6．4 首轮压下量对材料的影响

3．7 本章小结

4．1 引言

4．2 硬度测试结果

4．3 拉伸力学性能

4．4 金相组织分析

4．5 微观缺陷及EDS分析

4．6 分析及讨论

4．6．1 退火温度材料的影响

4．6．2 保温时间对材料的影响

4．7 本章小结

5．1 引言

5．2 旋压筒形件轴向径向硬度的分布规律

5．3 退火后拉伸力学性能

5．4 退火后金相组织分析

5．5 退火前后微观组织及力学性能对比

5．6 退火前后断口分析

5．7 本章小结

6 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢