模锻工艺成形巴氏合金组织力学性能分析

2018-03-27

  模锻工艺成形巴氏合金组织力学性能分析,巴氏合金以其低密度、高比强度和刚度等优良性能在机械、造船、港口等领域获得广泛应用。半固态加工成形温度低并层流充填型腔,可避免卷入气体及凝固收缩小;同时半固态加工的变形抗力小计熔体流动性好,弥补了固态加工塑性差的弊端,即具有锻造工艺综合优点的半固态加工成为巴氏合金结构件的首选工艺。周口市华锡合金科技有限公司将采用液态模锻、流变模锻及触变模锻三种工艺对比成形厚板件,其目的是研究模锻件的显微组织与力学性能和成形工艺的关系,为生产高质量巴氏合金结构件奠定基础。


  一、实验材料与方法
 

  实验材料采用巴氏合金。采用差热分析仪对巴氏合金进行分析,确定巴氏合金的液相线温度为593℃及EPM处理熔体的响应温度为680℃。将巴氏合金锭在混合气体保护下加热到680℃,之后约1/3熔体直接用于液态模锻;另一部分熔体在脉冲频率为5HZ、脉冲作用时间为50S的条件下进行电脉冲孕育处理,然后将1/2熔体直接浇注到预热至180℃的钢制坩埚中冷却待用;三种模锻工艺所采用的设备为四柱式液压机,模具使用加热圈加热,先将模具预热至150℃,然后采用高压气泵将石墨润滑剂均匀地喷洒到凹模的内表面和凸模的外表面,模具型腔的体积为30mm*100mm*300mm,将三种工艺的模锻件分别加工成金相试样和拉伸试样。将巴氏合金金相试样粗磨、细磨和抛光后用酒精溶液腐蚀,在金相显微镜上进行金相组织分析;巴氏合金拉伸实验在电子拉伸试验机上进行,在扫描电子显微镜上进行断口分析及能谱分析。
 

  二、实验结果与讨论
 

  1.巴氏合金模锻件的组织分析
 

  根据巴氏合金三元平衡相图可知,在482℃共晶温度下最大溶解度为11.6wt%;在平衡条件下,巴氏合金先结晶出单相固溶体,继续冷却将在α晶粒内部析出β相。然而,实际成形过程均在非平衡状态下结晶,且成形温度越高,过冷度就越大,非平衡状态下结晶就越严重,因此巴氏合金成形件的组织完全不同于平衡状态下的组织,且不同成形工艺的组织也会有所不同。
 

  2.巴氏合金模锻件的力学性能分析
 

  巴氏合金锻件的力学性能。可知,半固态模锻件的抗拉强度明显优于液态模锻件,这是因为成形温度越高,就越容易产生微观缩松、成分偏析等铸造缺陷。而且,巴氏合金液态模锻和半固态模锻工艺本身并不能完全消除这些缺陷,这点与巴氏合金热模锻工艺完全不同。
 

  周口市华锡合金科技有限公司研究了液态模锻、流变模锻和触变模锻生产的巴氏合金锻件的组织及力学性能。结果表明:这三种模锻件的显微组织均是由α和β相组成,但它们的形状、大小、数量和分布有所不同,并不同程度的影响了巴氏合金模锻件的力学性能。通过扫描电子显微镜对巴氏合金拉伸断口形貌进行了观察并进行了能谱分析。结果表明,裂纹主要源于脆性共晶相的断裂;这三种模锻件的拉伸断口虽然都属于沿晶断裂,但断口形貌却有很大的不同。