CuSn10P1合金铸件中锡元素易产生晶间偏析,甚至是逆偏析,导致其强度低、塑性差。半固态成形中球状初生相将形成阻碍低熔点液相迁移的复杂晶间通道,同时如果提高浆料中固相体积分数、固相中锡的含量,有助于抑制铸件中锡元素的晶间偏析和逆偏析。另一方面,因该合金半固态浆料中富锡液相熔点低、粘度低,液相对固相的润滑作用好。因此,充型过程中,控制固相与液相保持协调运动,抑制锡的宏观偏析等技术特点,可能与铝、镁等合金的半固态成形存在显著差别。本论文旨在探寻一种制备高固相分数的CuSn10P1合金半固态浆料并能够稳定控制锡元素行为的技术,研究触变条件下的浆料流动和充型行为,揭示固相和液相之间的相互作用机理,为该合金半固态成形工艺方案的制定提供重要的理论依据。本文采用冷轧-部分重熔技术获得高固相分数的CuSn10P1合金半固态浆料,并利用Gleeble1500热机械模拟试验机,针对无约束单向压缩状态下浆料的触变变形行为、简易结构模具约束状态下浆料的流动特点,开展了半固态浆料充型行为的热物理模拟试验。在模拟结果的指导下,针对CuSn10P1合金轴套的生产,设计制造出具有弹簧挡圈的模具,并进行了半固态挤压铸造试验。借助光学显微镜、扫描电镜、EBSD、透射电镜等手段,考察了铸态试样冷轧过程中锡元素的分布、位错密度的变化等特点对组织演变的影响;分析了冷轧试样在部分重熔过程中锡元素的迁移行为、初生相的再结晶等组织特点对半固态组织形成所起的重要作用;进一步阐明了半固态组织的形成机理。在不同应变量、应变速率等热物理模拟条件下,考察了浆料流动过程所表现出的固液两相相互作用特点;分析了峰值应力及其对应的应变值与固液分离之间存在的关系;阐明了该合金半固态浆料与铝合金半固态浆料在充型行为方面所表现出的显著差别。考察了轴套组织均匀性对合金强度和塑性的影响。四道次冷轧试验结果表明,变形开始于CuSn10P1合金中α二次枝晶表面较高锡含量区域,随着累积变形量的增大,变形从二次枝晶臂表面逐渐内部推移;随着变形的进行,一次枝晶臂之间逐渐产生转动或滑动;变形使得二次枝晶臂内部堆积大量位错,并形成位错缠结、滑移带和孪晶等缺陷;一次枝晶臂内位错密度相对较低,其变形程度较小。固液区间重熔保温试验结果表明,累积变形量约20%的试样,保温约1min内,初生α枝晶吞并枝晶间的共析α相。保温约1～3min内,α相发生静态再结晶,形成细小的多角状再结晶晶粒和退火孪晶。保温约3～5min内,细小α晶粒合并长大,三岔界晶间组织开始熔化成液相。保温5～8min过程中,α短枝晶臂逐渐产生缩颈、熔断,晶粒界面熔化变得平滑,并逐渐球化;液相逐渐连接成网状并将α晶粒包裹。保温至15min,基本得到α相为球状,且体积分数为70～80%的半固态浆料。在该过程中,液相内的锡含量总体呈下降趋势,锡元素向α相内部扩散,α相内锡元素固溶度升高,晶间偏析减小。冷轧-部分重熔技术制备CuSn10P1合金半固态浆料试验表明,累积变形量约20%条件下,900℃部分重熔15 min时,得到的半固态组织中,固相率约70%,α晶粒平均晶粒直径约57μm,形状因子1.68,晶间组织与初生α相的锡含量差异从金属型组织的约21wt%,降低为约14wt%,晶间偏析得到明显改善,且固液两相均匀分布。半固态浆料充型热物理模拟试验结果表明,当CuSn10P1合金半固态浆料流动方向上没有约束时,在应变速率0.5～10 s-1范围内充型,都容易产生固液两相分离。浆料流动方向后方的固相晶粒压缩靠拢,挤压液相向前方流动,形成固相偏聚。浆料流动方向前端容易液相偏聚,但随应变速率增大,固液两相协同流动程度提高。并且,随着温度的升高,CuSn1OP1合金半固态浆料固相晶粒骨架强度降低,半固态压缩峰值应力线性降低。随着应变速率提高,半固态浆料中同时参与变形的固相晶粒比例提高,半固态压缩峰值应力增大。另外,固相分数70～80%、应变速率0.5～10s-1时,CuSn10P1合金半固态压缩峰值应力,峰值应力应变远大于铝合金,而CuSn10P1合金液相的粘度远低于铝合金液相。因此该条件下,CuSn10P1合金半固态浆料固液两相协同流动难度比铝合金大,应变速率提高到10s-1时,CuSn10P1合金半固态浆料依然存在明显的固液两相分离。半固态挤压铸造试验结果表明,采用平均晶粒直径80.7 μm,液相率33.2%的CuSn10P1合金半固态浆料挤压铸造生产轴套时,在模具中增加弹簧挡料圈,对浆料施加最大50MPa的和流动方向相反的作用力,可以有效控制固液分离现象。成形比压250MPa、充型速率15 mm/s时,轴套组织均匀性较好,拉伸强度为371.1 MPa,延伸率为8.4%,比液态挤压铸造分别提高了 57.3%和78.7%。