鋁合金半固態(tài)坯料超塑性研究

采用熔鑄—均勻化退火—擠壓工藝研制al-5.60mg-0.30zr-0.07cr-0.16mn(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)合金管材。對(duì)該合金管材進(jìn)行析出退火處理后,采用熱旋—退火—冷旋工藝制備薄壁旋壓管。采用金相顯微鏡、掃描電鏡、拉伸性能測(cè)試等手段研究該鋁合金旋壓管冷變形態(tài)與完全再結(jié)晶退火態(tài)的組織與性能,測(cè)試其超塑性能,討論其超塑性變形與斷裂行為。研究結(jié)果表明,在al-mg鋁合金中加入微量鋯、鉻、錳,可以促使試驗(yàn)合金中第二相顆粒彌散分布,減小后續(xù)加工的變形不均勻性;al-5.6mg-0.30zr合金經(jīng)析出退火—旋壓變形后,于500℃退火1h的再結(jié)晶退火組織晶粒平均粒徑小于10μm。

為獲得軋制態(tài)5083鋁合金超塑性變形行為的工藝參數(shù),對(duì)超塑性變形行為及其原理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在300℃條件下,當(dāng)應(yīng)變速率為1.67×10-4s-1時(shí),材料的伸長(zhǎng)率最高,達(dá)到126.1%。在此條件下軋制態(tài)5083鋁合金呈現(xiàn)良好的超塑性,材料在超塑性變形過程中表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變軟化現(xiàn)象,伴隨有鋸齒形流變現(xiàn)象;斷裂形式為韌性斷裂,斷口形貌由韌窩和撕裂棱組成。該結(jié)果為軋制態(tài)5083鋁合金的工業(yè)化生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)參考。

鋁合金的塑性加工技術(shù) [摘要]本文介紹了鋁及鋁合金的特點(diǎn)，介紹了鋁合金在材料、性能和加工制 造方面的發(fā)展方向，討論了鋁合金的各種加工性能和環(huán)境影響，介紹了鋁合金 塑性加工技術(shù)的最新進(jìn)展。 [關(guān)鍵詞]鋁合金；制備；加工；塑形成形； 引言 從進(jìn)入21世紀(jì)以來，世界鋁及鋁加工取得了迅猛的發(fā)展，鋁及鋁加工技術(shù) 進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，并廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、軌道交通、船舶、建筑、 橋梁、化工、電力、電子、儀表、五金以及家庭生活用品等各個(gè)領(lǐng)域。而通常所 采用的壓鑄工藝生產(chǎn)的鋁合金零件已達(dá)不到現(xiàn)有的高性能需求，且該工藝必須消 耗一定的澆口肥料，材料利用率較低，在應(yīng)用上受到了一定限制。在這個(gè)背景下， 鋁合金塑性加工技術(shù)越來越受到人們的重視，該技術(shù)是利用鋁合金的良好塑性， 在一定的溫度、速度條件下，施加各種形式的外力，克服金屬對(duì)于變形的抵抗， 使其產(chǎn)生塑性變形，從而得到各種形狀、規(guī)格尺

快速超塑性成形技術(shù)是將熱沖壓和超塑氣脹成形集成復(fù)合的新型工藝,通過對(duì)該工藝過程研究以及對(duì)復(fù)合工模具的優(yōu)化設(shè)計(jì),采用商用供貨態(tài)工業(yè)鋁合金5083板材成形出了某型號(hào)乘用車的引擎蓋。結(jié)果表明,這種集成復(fù)合的快速超塑性成形技術(shù)工藝先進(jìn),切實(shí)可行。

根據(jù)彈塑性熱力耦合大變形有限元理論,獲得熱軋過程中的數(shù)值仿真模型,分析軋制過程中軋件單道次軋制的變形規(guī)律以及平均應(yīng)變率、摩擦因數(shù)等參數(shù)對(duì)軋制變形的影響。計(jì)算結(jié)果表明,軋件的應(yīng)變?cè)谲堉七^程中逐漸增大,并且在軋件表面的應(yīng)變要大于其中心應(yīng)變;軋件表面在軋制入口處應(yīng)變率最大,軋件中心最大應(yīng)變率發(fā)生在接觸區(qū)約1/3處;軋件表面應(yīng)變受摩擦因數(shù)的影響較大,軋件中心處應(yīng)變及整體應(yīng)變率受摩擦因數(shù)影響較小。

以zr55cu30al10ni5和zr52.5al10cu15ni10be12.5塊體非晶合金為研究對(duì)象,結(jié)合非晶合金超塑性成形與擴(kuò)散連接工藝,用超塑性擴(kuò)散連接方法在gleeble-3500熱模擬機(jī)上對(duì)其進(jìn)行連接實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)合金在超塑性變形過程中的擴(kuò)散連接。對(duì)zr基非晶合金擴(kuò)散連接之后接口的形貌特征進(jìn)行觀察和性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,非晶合金在超塑性連接后能夠獲得良好的界面,且連接過程中沒有發(fā)生晶化,連接之后其硬度和彈性模量均沒有發(fā)生明顯的變化。

采用實(shí)驗(yàn)方法研究國外廣泛用于汽車車身板件冷沖壓成形的工業(yè)牌號(hào)鋁合金板材aa5182和6016的超塑性能,以及超塑變形中微觀組織的演化特征。通過超塑性單向拉伸試驗(yàn)、材料變形前后的微觀組織觀察和自由脹形試驗(yàn),揭示出鋁合金aa5182具有一定的超塑性能,而鋁合金6016的超塑性能很低。鋁合金aa5182在溫度為375℃、應(yīng)變速率為1.67×10-3/s時(shí),材料的延伸率達(dá)到210%,m值達(dá)到0.25;在溫度為500℃、應(yīng)變速率為1.67×10-2/s時(shí),材料延伸率達(dá)到225%,m值達(dá)到0.35。

采用gleeble3800熱模擬試驗(yàn)機(jī),對(duì)近液相線半連續(xù)鑄造方法制備的6063鋁合金半固態(tài)坯料進(jìn)行了熱模擬壓縮試驗(yàn),變形溫度為888～903k,應(yīng)變速率為0.1～5.0s-1,研究了變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)變形行為的影響。結(jié)果表明,半固態(tài)鋁合金的流動(dòng)應(yīng)力隨變形溫度的升高而降低,隨應(yīng)變速率的增大而增大。變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)峰值應(yīng)力的影響較穩(wěn)態(tài)應(yīng)力顯著。合金觸變壓縮流變應(yīng)力的雙曲正弦對(duì)數(shù)項(xiàng)與熱力學(xué)溫度倒數(shù)之間滿足線性關(guān)系,流變應(yīng)力與流變速率之間滿足雙曲正弦關(guān)系式。以半固態(tài)觸變壓縮試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ),建立了6063鋁合金的半固態(tài)本構(gòu)關(guān)系:σ=e(35.3183-0.03651t)ε-0.07075ε0.05982,通過計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較可知,該模型具有較高的精度。

采用高溫拉伸實(shí)驗(yàn)并結(jié)合金相分析的方法,研究了微量v元素對(duì)5083鋁合金超塑性影響.結(jié)果表明,微量v可以使5083合金中變形后的纖維組織更加細(xì)小均勻,抑制合金再結(jié)晶過程晶粒的長(zhǎng)大,進(jìn)而提高5083鋁合金的超塑性.傳統(tǒng)5083鋁合金與加入微量v,5083鋁合金軋制板材經(jīng)500°c一定時(shí)間的熱處理后,再結(jié)晶晶粒尺寸分別為10和20m,5083合金板材505°c～515°c下的延伸率由208%提高到254%.

為提供試驗(yàn)依據(jù),應(yīng)用ia軟件計(jì)算零件毛料尺寸,導(dǎo)入msc.marc軟件模擬超塑差溫拉深,并依據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化毛料尺寸。模擬中溫度分若干梯度,假定材料同梯度內(nèi)同力學(xué)性能,利用二次開發(fā)將各梯度材料本構(gòu)關(guān)系植入模擬,獲得5083鋁合金支架超塑差溫拉深成形工件及壁厚分布,其結(jié)果與試驗(yàn)吻合良好,且較恒溫拉深理想。討論了成形溫度梯度寬對(duì)差溫拉深模擬結(jié)果的影響。

首先利用有限元逆向法模擬得到一個(gè)毛坯的初始形狀,然后對(duì)其進(jìn)行充液成形過程數(shù)值模擬,根據(jù)成形模擬情況對(duì)其尺寸進(jìn)行優(yōu)化,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,該零件合理的毛坯形狀為圓形,數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。

本文以鎂合金zk60和鋁合金7a04為研究對(duì)象,采用加入中間層鋅的方式對(duì)mg/al異種材料進(jìn)行了擴(kuò)散焊接試驗(yàn),試驗(yàn)焊接條件在非真空環(huán)境下,焊接設(shè)備及條件相對(duì)簡(jiǎn)單,具有很高的實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)利用價(jià)值。探索性的總結(jié)出一些影響鎂鋁擴(kuò)散焊接的因素以及有利80min～120min能得到良好的擴(kuò)散焊接頭。

超塑性的概念及發(fā)展?fàn)顩r；實(shí)現(xiàn)超塑性的一般途徑；概括總結(jié)超塑性在金屬材料塑性加工工程中的應(yīng)用，包括超塑性擠壓成形，模鍛成形，氣脹成形，超塑性拉深等；總結(jié)超塑性在材料加工中的優(yōu)勢(shì)及不足。

中南大學(xué)塑性加工鋁合金板軋制設(shè)計(jì)

金屬半固態(tài)成形技術(shù)因具有許多突出優(yōu)勢(shì)而被廣泛研究。作為金屬半固態(tài)成形技術(shù)的延伸和發(fā)展,觸變擠壓成形雙層復(fù)合管具有重要的價(jià)值和意義,其中環(huán)狀和棒狀坯料制備和二次加熱是觸變擠壓成形雙層復(fù)合管的關(guān)鍵技術(shù)。因a356鋁合金和az91鎂合金的半固態(tài)成形技術(shù)研究相對(duì)比較成熟,所以選用這兩種材料作為雙層管的外層和內(nèi)層材料。本研究首先利用專門設(shè)計(jì)制造的制坯模制備了一系列不同尺寸的半固態(tài)棒狀坯料和環(huán)狀坯料,然后利用電阻爐對(duì)制備的棒狀坯料和環(huán)狀坯料進(jìn)行二次加熱,探討半固態(tài)棒狀坯料和環(huán)狀坯料的加熱規(guī)律。

cfrp管具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn),適合于建造大跨度空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu),但其破壞呈脆性,且以節(jié)點(diǎn)連接破壞為主,不能充分發(fā)揮cfrp材料的優(yōu)點(diǎn),為此建議將cfrp與鋁合金組合形成cfrp-鋁合金組合管來改善其受力性能和構(gòu)件連接性能。首先對(duì)cfrp-鋁合金組合長(zhǎng)管進(jìn)行了軸心受壓穩(wěn)定試驗(yàn)研究,得到其基本受力性能與破壞模式。利用有限元方法對(duì)組合管的特征值屈曲進(jìn)行分析,研究不同cfrp鋪層角度、厚度和順序的影響。根據(jù)特征值屈曲的分析結(jié)果,引入初始幾何缺陷,對(duì)組合管進(jìn)行了彈塑性屈曲分析,并將分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,確定了有限元分析模型的合理性,進(jìn)一步研究了不同長(zhǎng)細(xì)比、鋪層角度和厚度對(duì)組合管彈塑性穩(wěn)定性能的影響機(jī)理。最后基于試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果,通過修正perry穩(wěn)定計(jì)算公式,得到了cfrp-鋁合金組合長(zhǎng)管屈曲荷載的計(jì)算公式。

采用鎳箔作為中間過渡層,在真空下對(duì)tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼進(jìn)行了微細(xì)晶超塑性擴(kuò)散連接。通過掃描電鏡、x射線衍射及剪切強(qiáng)度試驗(yàn)等方法,對(duì)連接接頭進(jìn)行了微觀分析和剪切強(qiáng)度測(cè)試。結(jié)果表明:采用鎳箔作中間過渡層,能有效地防止鐵與鈦、碳間的相互擴(kuò)散和遷移,避免界面上更多的金屬間化合物產(chǎn)生,從而提高了接頭性能。在連接溫度為790℃、連接壓力為3mpa,連接時(shí)間為30min的條件下,可獲得鈦合金與不銹鋼的牢固連接,接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)131.1mpa,且試樣無明顯變形。

研究了用噴霧沉積工藝制造觸變性半固態(tài)a356鋁合金坯料,然后在自行研制的中頻感應(yīng)穿透加熱裝置中進(jìn)行二次加熱,再將處于半固態(tài)的合金錠料壓鑄成形的工藝方法。用該合金試制了上海通用汽車公司buick車從動(dòng)鏈輪支架壓鑄件,經(jīng)x射線探傷和金相組織觀察表明,壓鑄件內(nèi)部顯微組織均勻致密,無氣孔、偏析等缺陷,力學(xué)性能優(yōu)于普通壓鑄件。

綜述了金屬超塑性的研究進(jìn)展。在系統(tǒng)總結(jié)金屬超塑性的實(shí)現(xiàn)條件、影響因素和變形機(jī)制的基礎(chǔ)上,對(duì)金屬超塑性的研究進(jìn)行了展望。

介紹半固態(tài)鋁合金的各種制備工藝,分析了近液相線半連續(xù)鑄造法制備半固態(tài)鋁合金的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),探討半固態(tài)初生球狀晶形成機(jī)理的研究現(xiàn)狀,指出近液相線半連續(xù)鑄造法具有廣闊的應(yīng)用前景。

研究非典型等軸細(xì)晶的兩種不同軋制變形量的ti3al基合金熱軋板的超塑性變形行為及其變形前后的顯微組織。研究結(jié)果表明:該合金在超塑性變形過程中組織會(huì)轉(zhuǎn)化為有利于超塑性的細(xì)小等軸組織。其在變形溫度為940～1020℃,應(yīng)變速率為2×10-4～2×10-3s-1時(shí)具有良好的超塑性,其最大伸長(zhǎng)率可達(dá)859.5%,應(yīng)變速率敏感指數(shù)達(dá)0.43,該合金超塑性變形的主要機(jī)制是晶界滑動(dòng),而且這種非典型等軸細(xì)晶條件下超塑性變形時(shí)晶內(nèi)變形以及位錯(cuò)蠕變所起的作用比在等軸細(xì)晶態(tài)組織條件下的作用更為顯著。對(duì)非典型等軸細(xì)晶的ti3al基合金熱軋板,無需進(jìn)行復(fù)雜熱處理,也可以獲得良好的超塑性,更具有工業(yè)意義。

氣流攪拌法是半固態(tài)漿料制備中較為高效且經(jīng)濟(jì)的方法。其原理是利用氣體攪動(dòng)金屬液,產(chǎn)生激冷和強(qiáng)烈對(duì)流作用來制備非枝晶的半固態(tài)漿料。綜述了氣流攪拌技術(shù)的特點(diǎn)、原理和實(shí)質(zhì),以及當(dāng)前氣流攪拌法制備鋁鎂合金漿料的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀,同時(shí)也介紹了氣流攪拌方法在半固態(tài)成形中的應(yīng)用。