模鍛工藝成形巴氏合金組織力學性能分析

2018-03-27

  模鍛工藝成形巴氏合金組織力學性能分析,巴氏合金以其低密度、高比強度和剛度等優良性能在機械、造船、港口等領域獲得廣泛應用。半固態加工成形溫度低并層流充填型腔,可避免卷入氣體及凝固收縮小;同時半固態加工的變形抗力小計熔體流動性好,彌補了固態加工塑性差的弊端,即具有鍛造工藝綜合優點的半固態加工成為巴氏合金結構件的首選工藝。周口市華錫合金科技有限公司將采用液態模鍛、流變模鍛及觸變模鍛三種工藝對比成形厚板件,其目的是研究模鍛件的顯微組織與力學性能和成形工藝的關系,為生產高質量巴氏合金結構件奠定基礎。


  一、實驗材料與方法
 

  實驗材料采用巴氏合金。采用差熱分析儀對巴氏合金進行分析,確定巴氏合金的液相線溫度為593℃及EPM處理熔體的響應溫度為680℃。將巴氏合金錠在混合氣體保護下加熱到680℃,之后約1/3熔體直接用于液態模鍛;另一部分熔體在脈沖頻率為5HZ、脈沖作用時間為50S的條件下進行電脈沖孕育處理,然后將1/2熔體直接澆注到預熱至180℃的鋼制坩堝中冷卻待用;三種模鍛工藝所采用的設備為四柱式液壓機,模具使用加熱圈加熱,先將模具預熱至150℃,然后采用高壓氣泵將石墨潤滑劑均勻地噴灑到凹模的內表面和凸模的外表面,模具型腔的體積為30mm*100mm*300mm,將三種工藝的模鍛件分別加工成金相試樣和拉伸試樣。將巴氏合金金相試樣粗磨、細磨和拋光后用酒精溶液腐蝕,在金相顯微鏡上進行金相組織分析;巴氏合金拉伸實驗在電子拉伸試驗機上進行,在掃描電子顯微鏡上進行斷口分析及能譜分析。
 

  二、實驗結果與討論
 

  1.巴氏合金模鍛件的組織分析
 

  根據巴氏合金三元平衡相圖可知,在482℃共晶溫度下最大溶解度為11.6wt%;在平衡條件下,巴氏合金先結晶出單相固溶體,繼續冷卻將在α晶粒內部析出β相。然而,實際成形過程均在非平衡狀態下結晶,且成形溫度越高,過冷度就越大,非平衡狀態下結晶就越嚴重,因此巴氏合金成形件的組織完全不同于平衡狀態下的組織,且不同成形工藝的組織也會有所不同。
 

  2.巴氏合金模鍛件的力學性能分析
 

  巴氏合金鍛件的力學性能??芍?,半固態模鍛件的抗拉強度明顯優于液態模鍛件,這是因為成形溫度越高,就越容易產生微觀縮松、成分偏析等鑄造缺陷。而且,巴氏合金液態模鍛和半固態模鍛工藝本身并不能完全消除這些缺陷,這點與巴氏合金熱模鍛工藝完全不同。
 

  周口市華錫合金科技有限公司研究了液態模鍛、流變模鍛和觸變模鍛生產的巴氏合金鍛件的組織及力學性能。結果表明:這三種模鍛件的顯微組織均是由α和β相組成,但它們的形狀、大小、數量和分布有所不同,并不同程度的影響了巴氏合金模鍛件的力學性能。通過掃描電子顯微鏡對巴氏合金拉伸斷口形貌進行了觀察并進行了能譜分析。結果表明,裂紋主要源于脆性共晶相的斷裂;這三種模鍛件的拉伸斷口雖然都屬于沿晶斷裂,但斷口形貌卻有很大的不同。



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