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铜合金具有耐磨、减摩的特点,在高速、重载轴承保持器上有着重要作用,但以往的生产工艺存在诸多弊端。准超塑性(大晶粒超塑性)成形具有独特的优势,无需进行预处理以获取细晶组织,可一次制成复杂形状零件。利用超塑性挤压成形保持器,为实际生产开辟了一条经济可行的途径。
针对此问题,本文选取用于生产保持器的铅黄铜、铝青铜作为研究对象,通过恒速度拉伸试验、正交分析,考察了变形温度、初始应变速率和保温时间对材料的影响,确定了最佳超塑性条件,并测定其力学性能。利用金相分析、扫描分析(SEM)和透射电镜分析(TEM)从不同尺度上研究了形变过程中组织演变规律。表明:
两种铸态合金在适当条件下均表现出一定的超塑性。变形温度和初始应变速率为主要影响因素,保温时间的影响较弱。铅黄铜最佳超塑性条件为660℃保温25min,以初始应变速率1×10-2s-1拉伸,获得最大延伸率190%;=7.2×10-3s-1时,应变速率敏感性指数m取值最大为0.45。铝青铜最佳条件860℃保温10min,初始应变速率1×10-3s-1,得到最大延伸率290%;=7.7×10-4s-1时,m值最大为0.73。
微观分析显示,铅黄铜最佳条件下的变形试样为典型的韧窝断裂;形变初期产生大量位错,继续拉伸逐渐形成位错列和位错网,位错列和位错网吸收点阵位错构成网状的亚晶界,进而演变为小角度和大角度晶界,原始大晶粒被分割为若干亚晶,形成再结晶晶粒。整个变形过程就是位错和亚晶交互作用及亚晶连续演化的结果。
铝青铜最佳条件下的拉伸试样为准解理断裂;由于在高温下拉伸,晶界弱化,主要变形依靠滑移完成,当滑移遇到阻碍时,晶粒内出现孪晶,孪生变形产生一定的塑性并且改变晶体取向,使滑移系处于有利方向,协调形变继续进行,从而获得较高的延伸率。
试验分析表明,两种铜合金在一定条件下均表现出超塑性,适合在超塑条件下,经由挤压一次成形保持器。依据所得结论,进行实际生产试验,制造出合格的保持器产品。