铜锡合金特性，铜锡合金比例

半固态技术被称为21世纪最有前途的绿色制造技术之一，是介于液态成型和固态成型之间的中间技术，可顺利填充到模具型腔中，热冲击小，成型力小。低，铸件致密。具有较高的触变成形、流动变形等物理性能。

半固态流变挤压是一种典型的流变成型工艺，可以直接由半固态金属进行加工，减少半固态浆料的二次加热过程。

Lee等人利用铜钙合金的半固态浆料成型来研究该合金的凝固结构性能和导电率。 Youn 等人使用半固态铜银合金直接形成感应电机组件。 Yan等人对黄铜的半固态成形过程进行了研究。王研究了使用硅碳增强铜基复合材料的半固态锻造工艺。

Cao等人采用旋转锻造工艺制备了锡青铜半固态浆料，在本研究中，半固态样品的强度高于具有枝晶结构的铸铜，并且在下观察到刚度和强度增加显微镜。我发现它增加了。颗粒尺寸变小了。 Li等人采用闭式冷却灯法制备了铜合金半固态浆料，发现300 mm的斜面长度提高了半固态结构样品的性能。 Wang等人采用轧制和重熔工艺制备了半固态铜合金坯料，并对它们进行单向压缩，以研究结构演变和变形行为。

CuSn10P1合金是一种常用的锡青铜，由于具有优良的弹性、耐磨性、耐腐蚀性，广泛用于制造轴套、齿轮、阀门、涡轮等零件。但由于凝固温度范围较宽，且锡成分熔点较低，传统砂型铸造、金属型铸造、离心铸造容易因形成粗大枝晶和熔点低而导致铸件内部收缩。铸件。松动、缩孔等缺陷表现为塑性低，甚至晶间脆化。

如何改善铜锡合金中锡元素的晶界偏析和逆偏析，提高铜锡制品的综合性能，是铜锡合金得到广泛应用亟待解决的重要问题之一。必须予以解决。实际行业。

目前，人们通过过程控制对铸件凝固过程中锡元素的偏析进行了研究，刘等人正在研究两者之间的关系。宋等人分析了TZCC生产的Cu-Sn4.7合金板的两相区连铸工艺参数以及工艺参数对表面质量、组织和力学性能的影响，研究了偏析显微组织。

Zhai等人通过应用超声波处理，阻止了铜锡合金凝固过程中液态合金的体积过冷，从而快速促进相的形核，细化了晶粒。抗压强度提高了4.8倍，显微硬度提高了1.45倍；Kumoto等人研究了冷却速率对Cu-10%Sn显微组织和锡偏析的影响，发现二次硬度下降。显微组织枝晶臂显着细化，晶界偏析程度得到改善。

CuSn10P1合金中锡元素的半径大于铜的原子半径，但同时其在基体中的固溶体显着增加了合金的堆垛层错能。在铸造过程中形成基体时，锡元素得到强化，其低堆垛层错能效应显着，大大提高了合金的强度和塑性。本文从提高锡元素固溶度的角度出发，采用熔体限流诱导成核半固态浆料制备技术，并结合薄壁套管挤压铸造模具的快速冷却作用，形成更细小的锡颗粒。元素.实现.目标是同时实现CuSn10P1合金的球化和球化，同时实现锡元素尽可能多地固溶到基体中，从而提高CuSn10P1合金的强度和韧性。

试验所用的CuSn10P1合金为市售的300mm连铸棒。使用STA449F3同步热分析仪（DSC）进行差热分析确定合金的凝固温度范围为830-1021，固液温度区间为189。切取约6.5公斤CuSn10P1合金，在中频感应炉中熔化，达到1200后，进行脱气、除渣、净化，然后在空气中冷却。 1080，分别进行液体挤压铸造和半固态流变挤出。

采用徐州开元世纪重型锻造有限公司生产的KY32-200K底注液压机完成挤压铸造。液压机有200t上缸和160t下缸，分别提供合模力和充模力。采用挤压铸造法制造壁厚为3.5mm法兰的薄壁衬套，法兰外径为48mm，高度为8mm，衬套外径为38mm，内径为31mm。布什长度为43毫米。

在拉拔铸造方法中，首先将熔融金属倒入下模中心的料筒中，然后关闭模具，通过安装在下模中的冲头的作用，熔融金属从下模流入模具中。油缸。薄壁衬套底部注射挤压铸造是将料筒穿过侧流道和内流道腔完成的。挤出模具的预热温度为475，成型比压为150MPa，挤出成型速度为18mm/s。

采用熔融限流成核通道装置制备半固态浆料，熔融限流成核通道长度为300 mm，倾角为45，当温度降至1080 时停止流动。浇注到通道入口，在通道（截面尺寸5mm100mm400mm）的约束下，熔融金属在通道过程中由于上下表面的冷却作用而迅速过冷并形核。通道流动过程，在出口处变成半固态，得到石墨浆料，预热至900左右，收回坩埚后快速注入模筒内进行半固态流变挤压铸造。

使用质量分数为5%的FeCl3-C2H6O溶液蚀刻金属组织样品，并使用光学显微镜和扫描电子显微镜观察金属组织。单轴拉伸性能测试在室温下进行，拉伸速度为2mm/min，实验设备为万能试验机（10吨液压式），使用扫描电子显微镜（日立S-3400N）进行测量。 ）。拉伸试样断裂形貌观察及断裂模式分析

在平衡条件下，CuSn10P1合金的凝固组织由粗大枝晶初生相、晶界高锡相和Cu3P相组成。其中，Cu3P、、相以三元共晶形式存在，是高温、相共析分解形成的共析组织。

理论上，相在350时也会共析分解形成相，但通常由于温度低而不会分解，保留在室温下，最终形成++Cu3P三元系，一阶它们在 内交替分布在片中。

在拉铸条件下，由于铸型的快速冷却，液态金属在充型初期由粗大的枝晶初生相转变为细长的枝晶相，并间断分布++Cu3P三元片状结构。做。晶界；随着充型过程的进行，熔融金属通过相对较大的横向流道，初生枝晶相枝晶臂有一定程度的生长，在相对狭窄的内部流道和型腔壁下产生剪切作用，破坏了一些长的晶界。树突臂变成短树突臂，加厚了三元层状结构。

随着充型过程的继续，枝晶臂在狭窄的型腔内被进一步破坏，并通过型腔壁的冷却和过冷而生长到一定程度，形成短玫瑰状枝晶，同时形成剩余的液相。元素含量较高，一部分直接形核形成较细小的高固溶铜相，最终减少晶界三元片状结构的数量，形成初生相，弥散分布在初生组织之间。 相。高度溶解的铜相。

与平衡或砂型铸造条件相比，在液体条件下挤压铸造CuSn10P1 合金可以显着细化晶粒。

然而，薄壁衬套的液相挤压铸造中，充模方向的组织分布极不均匀，初始相的尺寸和形状以及晶界的尺寸和形状存在较大差异。三元片状结构。半固态流变挤压铸件的结构与液体挤压铸件的结构有很大不同。

首先，组织中的初生相没有异常长大，大部分呈近似等轴状，尺寸约为5060m；其次，晶界处的细小高锡相全部没有形核、长大。周围。初生相近球形，尺寸约为5-8m；第三，大部分三元片状组织变得更细小，分散在细小的高锡相之间。

半固态挤压铸造衬套的整个横截面结构的尺寸和形状分布将非常均匀。

在半固态挤压铸造薄壁套管中，没有像液体挤压铸造那样观察到初生相的异常生长，而是由于制造过程中形成的半固态组织而形成了相对均匀的组织。被认为有。它是一种半固体浆料。

研究表明，当金属熔体流经受限通道时，熔体从进入通道到退出的时间仅为0.25秒左右，温降约为90，冷却速率达到360。 /s，过冷度约为30，通道间隙厚度仅为5毫米，熔体厚度方向温度分布较为均匀。

在熔体瞬间过冷的情况下，熔体中的初生相迅速形核并大量长大。另一方面，由于初生相的快速成核，浆料中形成许多近球形的初生相，而快速成核和长大的初生相的界面迅速进入液体。在界面附近的液相区中，形成富锡区域，这阻止了初生相的进一步生长。

因此，在半固态浆料的填充过程中，初始相的尺寸在整个套筒壁上相对均匀，而在随后的填充过程中，剩余的高锡液相由于模具的影响，不会对应于熔体，它达到过冷并直接成核，在近球形初始相周围形成细小的高Sn 相。

可以看出，初生相中心的锡元素含量低至1.79%，初生相边缘的锡元素含量达到9.06%。锡元素在内部形成正偏析，剩余液体在充模过程中直接形核并长大成5~8m的高锡相，锡元素含量高达12.52%。

水铸组织中的相大部分为粗大枝晶，锡元素的固溶度较低，三元片状脆性化合物和Cu3P变大并分布在晶体之间。由于界面相对脆弱，在拉拔过程中更容易发生沿晶断裂。半固态铸造组织中的晶粒高度细化和球化，同时出现许多58m的高锡细小相。由于高相，强度和伸长率显着增加，拉伸断口内部出现显着的韧性断裂韧窝。

在半固态挤压铸造条件下，CuSn10P1合金衬套内部晶粒尺寸显着细化和球化，相中锡元素的固溶度增大，力学性能显着提高。室温下，薄壁衬套的拉伸强度达到451.0 MPa，伸长率达到32.6%，高于拉拔速度为1000MPa的液体挤压薄壁衬套的拉伸强度（357.03 MPa）和伸长率。 1000毫安。 2mm/min，速度（7.8%）分别增加26%和318%。

与液体挤压铸造相比，半固态挤压铸造薄壁套管结构中相尺寸和形貌分布的均匀性显着提高。半固态铸造时形成的固液界面附近形成的高锡液相显着抑制初生相的长大，而在充型过程中残留的高锡液相形成二次形核。获得。 -锡相。

半固态形成过程中合金颗粒的细化和球化以及锡元素在基体相中固溶度的显着增加，显着提高了薄壁衬套的抗拉强度和延伸率。增长率的提高非常明显。