沙漏挤压纯铜的组织与性能研究润滑油泵

沙漏挤压纯铜的组织与性能研究

沙漏挤压纯铜的组织与性能研究 2012 摘 要：采用自行没计和制造的组合式模具对工业纯铜进行沙漏挤压连续变形，并利用透射电镜和显微硬度仪研究沙漏挤压变形后纯铜组织性能的变化规律。纯铜经沙漏挤压变形初期显微硬度有显著提高，但试样变形存在较大的不均匀性，增加变形次数有助于改善变形的均匀性，而显微硬度变化下缓。 金属材料的性能与其晶粒尺寸存在密切的内在联系。根据经典的Hall—Petch关系可知，金属材料的强度与其晶粒大小成反比；同时，晶粒尺寸越小，塑性越好，韧性指数也越高。因此细化晶粒尺寸一直是人们改善金属材料综合性能的有效途径之一。20世纪80年代以来，超细晶金属材料(包括纳米晶材料和亚微米晶材料)由于其表现出的一系列有别于传统金属材料的优异的物理、力学和成型性能而引起了人们的广泛关注。 剧烈塑性变形法是制备块体超细晶金属材料的有效方法之一。它不存在超微粉体的制备过程，不易引入杂质；适用范围宽，可以制备大体积无残留孔洞试样，并且具有工业应用的可能件等，越来越受到学者们的广泛重视。 沙漏挤压法是Richert开发的一种剧烈塑性变形技术¨。。与其他剧烈塑性变形法如等径角挤压、高压扭转相比，沙漏挤压法易于实现金属或合金的无限制连续变形。然而，当前对沙漏挤压法的研究仍然较少，对沙漏挤压法的影响因素以及变形材料的组织性能特性尚缺乏统一的认识。因此，作者自行设计和制造了一种易于实现连续变形的简单模具，并对纯铜进行了试验，初步研究了沙漏挤压工艺对纯铜组织和性能的影响 试验所采用的模具具有上下两个相等的直径为D=30mm的型腔，并通过直径为乒25mm的通道相连接。试验采用直径为29.5mm的工业纯铜棒材，长度50mm，经853K退火l小时后，使用石墨作润滑剂进行沙漏挤压变形。挤压开始时，旨先将试样装入模具型腔内，在顶杆A、B上施加一定的压力，使得顶杆A、B和挤压筒所形成的密闭体积与试样的体积相等。之后开始进行反复挤压：保持顶杆8不动的同时使顶杆A以10mm／min的速度向下运动，此时试样在型腔A内受到止挤压变形，而在型腔B内受到镦粗变形，直至试样充满型腔B；之后将顶杆A退叫初始位置，然后对顶杆8施加压力使得试样承受重复的变形后再次充满型腔A；理论上这一变形过程可以无限制的进行。结束变形后，退山顶杆B，对顶杆A施加压力使试样承受正挤压变形从型腔8挤山。 采用HX一1000型显微硬度测试仪测试变形前后试样的显微硬度值；为了解变形的均匀性，从距离试样边缘0.5mm测第一点起，沿直径方向每隔1mm 测试一次；测试时载荷0.4905N，保压时间15S。在JEM-2010EX型透射电镜(TEM)上进行金属薄膜样的微观组织观察，工作电压200kv。2、试验结果与分析（1）沙漏挤压后试样显微硬度的变化 在变形刚开始阶段，变形次数N≤3时，随着变形次数的增加，试样显微硬度急剧升高；之后随着变形次数的增加，硬度增K缓慢，当变形次数N>6时，硬度值甚至略有降低。我们可以发现，变形1次后，试样横截面显微硬度分布很不均匀，说明在沙漏挤压变形初期，试样的变形存在较大的不均匀件；之后，随着变形次数的增加，试样横截面显微硬度差别不大，当变形次数N≥4时，试样横截面显微硬度分布曲线的波动幅度已经很小，各点的显微硬度趋于一致，说明增加变形次数有助于增加变形的均匀性，从而获得组织均匀的试样。另外，我们还可以发现，各变形次数下试样横截而边缘处的显微硬度略高于芯部，且随着变形次数的增加，这种现象没有明显得到改善。分析沙漏挤压变形过稗的特点，可以认为最后一次止挤压挤出试样是产生这种现象的原因。因为最后一次挤压时，试样边缘与模具存在较大的摩擦作用，在这种外加摩擦的作用一卜将引起金属变形抗力不同，从而导致金属变形的不均匀性，其变形程度由芯部m外表逐渐增加，宏观上也就表现为试样横截面边缘的便度略高于芯部。（2）沙漏挤压后试样微观组织的变化 沙漏挤压变形1次后，试样内位错密度迅速升高，位错开始相互缠结，位错分布极不均匀，形成了网状结构，宏观上表现为试样品微便度品著升高，使得挤压1次后品微便度高于退火态；随挤压次数的增加，试样滑移系大量开动，位错迅速增殖，产生密集的位错缠结，进而形成位错胞，宏观上表现为试样品微硬度进一步升高；继续增加挤压次数，位错继续增殖，位错胞尺寸不断减小；当变形次数N≥4时，位错密度随变形次数的增加并不明显，位错密度趋于饱和，位错增殖与湮灭达到动态甲衡，宏观上也就表现为品微硬度变化不明显。需要特别指出的是，当沙漏挤压变形次数N=8时，试样内部形成了约0.2μm的位错胞组织，当尚未形成具有清晰大角度品界的超细晶组织。3、结论 采用组合模具对纯铜进行不同道次的沙漏挤压，操作简单可行。在变形次数N≤3时，试样品微硬度急剧升高，之后趋于平缓，但变形存在较大不均匀性，试样横截面沿直径方向显微硬度波动较大。增加变形次数有助于提高变形均匀性，能够显著细化组织，当变形次数N=8时，纯铜内部形成约0.2μm的位错胞组织，继续增加变形次数，有望实现品粒的超细化。

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