本文關(guān)鍵詞：半固態(tài)Sn-52Bi合金擠壓制備小直徑絲材工藝與性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：Sn-Bi合金是一種熔點(diǎn)在139℃至232℃區(qū)間,最為接近傳統(tǒng)Sn-Pb合金融化溫度的環(huán)境友好型低熔點(diǎn)合金。該合金以低熔點(diǎn)、良好濕潤性及豐富礦產(chǎn)資源等特性而被廣泛應(yīng)用于低溫釬焊材料、溫度敏感元件、熔斷器和防雷元件用材,但由于合金中Bi組織的硬脆性缺陷而在生產(chǎn)和應(yīng)用中受到限制,尤其是作為熔斷器等小直徑絲材型電子元器件時(shí),小直徑絲材制備過程中容易折斷,成品率低。針對Sn-Bi小直徑絲材塑性差導(dǎo)致在生產(chǎn)和應(yīng)用受限的現(xiàn)狀,本文提出采用半固態(tài)攪拌鑄造技術(shù)和多孔擠壓技術(shù)制備加工出塑性良好的小直徑Sn-52Bi合金絲材的思路。采用DEFORM有限元分析軟件模擬和試驗(yàn)對半固態(tài)Sn-52Bi合金棒材擠壓制備小直徑絲材工藝進(jìn)行了研究：實(shí)驗(yàn)通過金相顯微鏡、萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡、電化學(xué)工作站等測試設(shè)備探索半固態(tài)Sn-52Bi合金在擠壓成形后組織與性能的演變和機(jī)理,以期為高性能無鉛Sn-Bi合金的制備、加工和在電子行業(yè)的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)和理論的參考。試驗(yàn)結(jié)果表明：Sn-52Bi合金由初生相p-Sn和共晶組織構(gòu)成,在半固態(tài)區(qū)域,對S n-52Bi合金漿料采用機(jī)械攪拌與超聲波攪拌后,初生相β-Sn均由樹枝狀向近球狀或球狀轉(zhuǎn)變,合金塑性得到提高。在140℃超聲波攪拌2min工藝下制備的半固態(tài)合金伸長率為42.75%,與180℃熔融狀態(tài)水冷(下簡稱普通水冷)工藝制備合金的塑性相比,提高了137.1%。半固態(tài)棒材合金拉伸測試后,對其斷口形貌分析可知,拉伸斷裂類型屬于塑性斷裂,且斷面形貌由韌窩和小塊狀解理平臺(tái)相互參雜而成。棒材耐腐蝕性分析發(fā)現(xiàn)合金經(jīng)半固態(tài)攪拌后耐腐蝕性能得到提高,其中145℃超聲波2min棒材合金自腐蝕電流密度為17.7231μA·cm-2,相比于普通水冷工藝制備合金的自腐蝕電流密度降低了74.1%。DEFORM有限元軟件對半固態(tài)Sn-52Bi合金擠壓模具優(yōu)化分析后將模角參數(shù)定為30。,定徑帶參數(shù)定為5mm,�？拙嚯x定為1.5mm,模具的材料強(qiáng)度應(yīng)大于1000MPa。模具加工制備后對絲材擠壓過程分析,當(dāng)合金棒材塑性較差時(shí),絲材擠壓制備所需要的擠壓力增加,擠壓所得最大擠壓力處于30-40kN范圍,與模擬基本吻合；Sn-52Bi合金棒材在擠壓過程中所受應(yīng)力相近,最大等效應(yīng)力約為270MPa,分布較均勻,合金靠近模具倒角邊緣的應(yīng)變略大于中心部位處。擠壓后的Sn-52Bi合金絲材組織和性能結(jié)果表明,對于普通水冷鑄造的Sn-52Bi合金棒材由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),Bi相在擠壓過程并不能完全折斷,心部仍以網(wǎng)狀相連；半固態(tài)Sn-Bi合金棒材Bi相在擠壓過程折斷為離散蠕蟲狀,組織分布均勻,擠壓應(yīng)力應(yīng)變分布存在的差異對絲材組織均勻性影響不明顯。絲材合金耐腐蝕性能分析表明,半固態(tài)攪拌所對應(yīng)試樣耐腐蝕性能得到提高,絲材耐腐蝕性較棒材差但腐蝕規(guī)律與棒材相同,且仍以145℃超聲波2min工藝所對應(yīng)試樣最好,其自腐蝕電流密度為28.7734μA·cm2；經(jīng)擠壓后絲材延伸率整體得到大幅度提高,絲材延伸率相比于棒材均提高了300%以上。絲材斷裂形貌與棒材也基本相同,但Bi相解理平臺(tái)更為細(xì)小。
【關(guān)鍵詞】：Sn-52Bi合金 半固態(tài)攪拌 多孔擠壓 有限元模擬 組織演變
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG249.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 Sn-Bi合金簡介15-16
• 1.3 半固態(tài)金屬成型技術(shù)簡介16-20
• 1.3.1 半固態(tài)金屬成型概念及發(fā)現(xiàn)16
• 1.3.2 半固態(tài)金屬成型分類介紹16-20
• 1.3.3 半固態(tài)成型技術(shù)特點(diǎn)20
• 1.4 絲材擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)20-23
• 1.4.1 絲材制備方法20-21
• 1.4.2 絲材擠壓工藝簡介21-22
• 1.4.3 擠壓模具設(shè)計(jì)原則和步驟22-23
• 1.5 有限元數(shù)值模擬23-24
• 1.5.1 有限元技術(shù)的應(yīng)用23-24
• 1.5.2 DERORM有限元數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀24
• 1.6 本文特色及研究內(nèi)容24-26
• 1.6.1 實(shí)驗(yàn)主要研究內(nèi)容24-25
• 1.6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)及特色25-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容26-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及主要設(shè)備26-27
• 2.2 半固態(tài)合金棒材制備27-31
• 2.2.1 半固態(tài)合金棒材制備材料及設(shè)備27-29
• 2.2.2 半固態(tài)合金棒材制備過程與結(jié)果29-31
• 2.3 擠壓模具設(shè)計(jì)31-33
• 2.3.1 擠壓比計(jì)算31-32
• 2.3.2 模具整體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定32-33
• 2.4 擠壓過程的模擬分析33-39
• 2.4.1 建模與材料性能測試和采集34-36
• 2.4.2 模擬前處理36-38
• 2.4.3 模擬后處理分析38-39
• 2.5 棒材與絲材性能測試39-40
• 2.5.1 顯微組織觀察39
• 2.5.2 拉伸性能測試39
• 2.5.3 XRD衍射分析39-40
• 2.5.4 電化學(xué)腐蝕測試40
• 2.5.5 斷裂形貌分析40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 半固態(tài)Sn-52Bi合金制備及組織性能研究41-59
• 3.1 實(shí)驗(yàn)樣品制備與測試41-42
• 3.2 冷卻工藝對Sn-52Bi合金組織性能的影響42-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)方案42-43
• 3.2.2 冷卻工藝對Sn-52Bi合金組織影響43-45
• 3.2.3 冷卻工藝對Sn-52Bi合金塑性影響45-46
• 3.3 半固態(tài)機(jī)械攪拌對Sn-52Bi合金組織性能影響46-52
• 3.3.1 半固態(tài)機(jī)械攪拌方案46
• 3.3.2 機(jī)械攪拌時(shí)間對合金組織塑性影響46-50
• 3.3.3 機(jī)械攪拌溫度對合金組織塑性影響50-52
• 3.4 半固態(tài)超聲波攪拌對Sn-52Bi合金組織性能影響52-56
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)方案52
• 3.4.2 超聲波攪拌時(shí)間對合金組織塑性影響52-54
• 3.4.3 超聲波攪拌溫度對合金組織性能的影響54-56
• 3.5 Sn-52Bi合金斷裂形貌分析56-57
• 3.6 X射線衍射分析57
• 3.7 本章小結(jié)57-59
• 第四章 擠壓過程有限元模擬與絲材擠壓制備59-75
• 4.1 塑性成型有限元基本原理59-63
• 4.1.1 塑性流動(dòng)理論的基本假設(shè)59-60
• 4.1.2 有限元法的基本理論方程60-61
• 4.1.3 有限元變分法原理61-62
• 4.1.4 剛塑性有限元求解62-63
• 4.2 模具優(yōu)化方案設(shè)計(jì)63-64
• 4.2.1 擠壓模的影響因素63
• 4.2.2 模擬方案設(shè)計(jì)63-64
• 4.3 模擬結(jié)果分析64-71
• 4.3.1 模角對合金絲材影響64-66
• 4.3.2 定徑帶長度對合金絲材影響66-68
• 4.3.3 �？拙嚯x對合金絲材影響68-70
• 4.3.4 模具受力分析70-71
• 4.4 絲材擠壓制備71-73
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方案71-72
• 4.4.2 擠壓結(jié)果分析72
• 4.4.3 不同合金試樣擠壓力分析72-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第五章 絲材組織組織遺傳性及性能研究75-91
• 5.1 半固態(tài)Sn-52Bi合金絲材組織遺傳性75-79
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)方案75
• 5.1.2 Sn-52Bi合金絲材組織75-77
• 5.1.3 絲材組織遺傳機(jī)理探究77-79
• 5.2 半固態(tài)Sn-52Bi合金腐蝕性能探究79-86
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)方案79-80
• 5.2.2 Sn-52Bi合金棒材腐蝕及機(jī)理研究80-84
• 5.2.3 Sn-52Bi合金絲材耐腐蝕性能84-86
• 5.3 Sn-52Bi絲材塑性分析86-88
• 5.4 Sn-52Bi絲材斷裂形貌分析88-89
• 5.5 本章小結(jié)89-91
• 總結(jié)91-94
• 參考文獻(xiàn)94-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文98-100
• 致謝100

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本文編號：269767