金属型和砂型铸造Cu-15Ni-8Sn合金的成分偏析研究

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1、工程硕士学位论文金属型和砂型铸造Cu-15Ni-8Sn合金的成分偏析研究作者姓名余焰根工程领域材料工程校内指导教师张卫文教授校外指导教师李立鸿高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月ResearchonthecompositionsegregationofCu-15Ni-8SnalloyinpermanentmoldandsandmoldcastingingotsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YuYangenSupervis

2、or：Prof.ZhangWeiwenSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG146.1学校代号：10561学号：201521002874华南理工大学硕士学位论文金属型和砂型铸造Cu-15Ni-8Sn合金的成分偏析研究作者姓名：余焰根指导教师姓名、职称：张卫文教授，李立鸿高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计√ꇶ应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：金属材料制备、成形及计算机应用论文提交日期：2018年

3、4月12日论文答辩日期：2018年5月26日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：陈维平（教授）委员：李烈军（教授）赵海东（教授）朱德智（副教授）李立鸿（高级工程师）摘要Cu-15Ni-8Sn合金是一种高强耐磨铜合金，能够应用于承受较大应力和摩擦的工况条件，常用来制造大型机械设备中的轴承或衬套。但是该合金在铸造过程中容易产生严重的锡元素宏观反偏析；此外，也容易产生气孔、缩松缩孔等缺陷，导致铸件性能急剧下降，而且还影响后续热加工和热处理工艺的效果。本文针对Cu-15Ni-8Sn合金铸锭的铸造

4、难题，采用光谱仪、金相显微镜、电子显微镜等，研究了金属型和砂型铸造Cu-15Ni-8Sn合金的成分偏析，分析了铸锭的其他铸造缺陷，优化了铸造工艺参数。论文的主要结果如下：研究了金属型和砂型铸造Cu-15Ni-8Sn合金宏观偏析的特点，发现合金铸锭径向上宏观偏析严重，轴向上宏观偏析轻微；铸锭横截面上的偏析现象为中间Sn含量低，两边Sn含量高，呈现反偏析的现象。金属型铸锭底部径向宏观偏析绝对值为0.3wt.%，砂型为1.05wt.%，金属型铸锭中部径向宏观偏析绝对值为2.23wt.%，砂型为3.10wt.%，金属型铸锭上部

5、径向宏观偏析绝对值为1.91wt.%，砂型为1.13wt.%。金属型铸造比砂型铸造的的Sn元素成分宏观偏析程度轻微。研究了浇注温度和模具温度对Cu-15Ni-8Sn合金宏观偏析的影响，发现随着浇注温度降低，Sn元素成分的反偏析得到有效抑制，金属型铸锭最佳浇注温度为1261℃，砂型铸锭最佳浇注温度为1269℃；当模具温度为200℃时，铸锭不同部位，Sn元素成分的宏观偏析程度较小。研究了金属型铸造Cu-15Ni-8Sn合金铸锭的其他铸造缺陷。发现浇注温度升高，铸锭气孔缺陷增加；模具温度升高，铸锭气孔缺陷减少；浇注温度与模具

6、温度共同影响铸锭气孔、宏观偏析等缺陷。基于金属型模具，采用浇注温度1250℃和模具温度250℃的搭配，增加冒口高度，可以有效改善Cu-15Ni-8Sn合金铸锭宏观偏析、气孔、缩松缩孔等缺陷，实验研究结果在工厂得到应用。关键词：Cu-15Ni-8Sn；铸造缺陷；宏观偏析；气孔；缩孔IAbstractTheCu-15Ni-8Snalloyisahighstrengthwearresistantcopperalloyandcanbeappliedtowithstandgreaterstressandfrictioncondi

7、tions,commonlyusedfortheproductionofbearingsorbushingsforlargemachineryandequipment.However,thealloyispronetoproduceseriousmacro-segregationoftinduringthecastingprocess.Inaddition,defectssuchasporositiesandshrinkageseasilyoccur,whichleadtothesharpdeclineoftheing

8、ots’performance,alsoaffectthesubsequentthermalprocessingandheattreatmentprocessresults.Inthispaper,aimingattheCu-15Ni-8Snalloyingot’scastingproblems,byusingspectromet