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(質量分數(shù),%)合金管材。對該合金管材進行析出退火處理后,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、拉伸性能測試等手段研究該鋁合金旋壓管冷變形態(tài)與完全再結晶退火態(tài)的組織與性能,測試其超塑性能,討論其超塑性變形與斷裂行為。研究結果表明,在al-mg鋁合金中加入微量鋯、鉻、錳,可以促使試驗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),對超塑性變形行為及其原理進行了研究。結果表明:在300℃條件下,當應變速率為1.67×10-4s-1時,材料的伸長率最高,達到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 [摘要]本文介紹了鋁及鋁合金的特點，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 塑性加工技術的最新進展。 [關鍵詞]鋁合金；制備；加工；塑形成形； 引言 從進入21世紀以來，世界鋁及鋁加工取得了迅猛的發(fā)展，鋁及鋁加工技術 進入了一個嶄新的發(fā)展時期，并廣泛應用于機械、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領域。而通常所 采用的壓鑄工藝生產(chǎn)的鋁合金零件已達不到現(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，在應用上受到了一定限制。在這個背景下， 鋁合金塑性加工技術越來越受到人們的重視，該技術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是將熱沖壓和超塑氣脹成形集成復合的新型工藝,通過對該工藝過程研究以及對復合工模具的優(yōu)化設計,采用商用供貨態(tài)工業(yè)鋁合金5083板材成形出了某型號乘用車的引擎蓋。結果表明,這種集成復合的快速超塑性成形技術工藝先進,切實可行。

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)律以及平均應變率、摩擦因數(shù)等參數(shù)對軋制變形的影響。計算結果表明,軋件的應變在軋制過程中逐漸增大,并且在軋件表面的應變要大于其中心應變;軋件表面在軋制入口處應變率最大,軋件中心最大應變率發(fā)生在接觸區(qū)約1/3處;軋件表面應變受摩擦因數(shù)的影響較大,軋件中心處應變及整體應變率受摩擦因數(shù)影響較小。

以zr55cu30al10ni5和zr52.5al10cu15ni10be12.5塊體非晶合金為研究對象,結合非晶合金超塑性成形與擴散連接工藝,用超塑性擴散連接方法在gleeble-3500熱模擬機上對其進行連接實驗,實現(xiàn)合金在超塑性變形過程中的擴散連接。對zr基非晶合金擴散連接之后接口的形貌特征進行觀察和性能進行測試。結果表明,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。

采用實驗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、材料變形前后的微觀組織觀察和自由脹形試驗,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℃、應變速率為1.67×10-3/s時,材料的延伸率達到210%,m值達到0.25;在溫度為500℃、應變速率為1.67×10-2/s時,材料延伸率達到225%,m值達到0.35。

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

采用高溫拉伸實驗并結合金相分析的方法,研究了微量v元素對5083鋁合金超塑性影響.結果表明,微量v可以使5083合金中變形后的纖維組織更加細小均勻,抑制合金再結晶過程晶粒的長大,進而提高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一定時間的熱處理后,再結晶晶粒尺寸分別為10和20m,5083合金板材505°c～515°c下的延伸率由208%提高到254%.

為提供試驗依據(jù),應用ia軟件計算零件毛料尺寸,導入msc.marc軟件模擬超塑差溫拉深,并依據(jù)模擬結果優(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)同力學性能,利用二次開發(fā)將各梯度材料本構關系植入模擬,獲得5083鋁合金支架超塑差溫拉深成形工件及壁厚分布,其結果與試驗吻合良好,且較恒溫拉深理想。討論了成形溫度梯度寬對差溫拉深模擬結果的影響。

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

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

超塑性的概念及發(fā)展狀況；實現(xiàn)超塑性的一般途徑；概括總結超塑性在金屬材料塑性加工工程中的應用，包括超塑性擠壓成形，模鍛成形，氣脹成形，超塑性拉深等；總結超塑性在材料加工中的優(yōu)勢及不足。

中南大學塑性加工鋁合金板軋制設計

金屬半固態(tài)成形技術因具有許多突出優(yōu)勢而被廣泛研究。作為金屬半固態(tài)成形技術的延伸和發(fā)展,觸變擠壓成形雙層復合管具有重要的價值和意義,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合管的關鍵技術。因a356鋁合金和az91鎂合金的半固態(tài)成形技術研究相對比較成熟,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計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,然后利用電阻爐對制備的棒狀坯料和環(huán)狀坯料進行二次加熱,探討半固態(tài)棒狀坯料和環(huán)狀坯料的加熱規(guī)律。

cfrp管具有輕質高強的特點,適合于建造大跨度空間網(wǎng)格結構,但其破壞呈脆性,且以節(jié)點連接破壞為主,不能充分發(fā)揮cfrp材料的優(yōu)點,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件連接性能。首先對cfrp-鋁合金組合長管進行了軸心受壓穩(wěn)定試驗研究,得到其基本受力性能與破壞模式。利用有限元方法對組合管的特征值屈曲進行分析,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果,引入初始幾何缺陷,對組合管進行了彈塑性屈曲分析,并將分析結果與試驗結果進行了對比,確定了有限元分析模型的合理性,進一步研究了不同長細比、鋪層角度和厚度對組合管彈塑性穩(wěn)定性能的影響機理。最后基于試驗結果與數(shù)值分析結果,通過修正perry穩(wěn)定計算公式,得到了cfrp-鋁合金組合長管屈曲荷載的計算公式。

采用鎳箔作為中間過渡層,在真空下對tc4鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼進行了微細晶超塑性擴散連接。通過掃描電鏡、x射線衍射及剪切強度試驗等方法,對連接接頭進行了微觀分析和剪切強度測試。結果表明: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,接頭剪切強度可達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穿透加熱裝置中進行二次加熱,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,力學性能優(yōu)于普通壓鑄件。

綜述了金屬超塑性的研究進展。在系統(tǒng)總結金屬超塑性的實現(xiàn)條件、影響因素和變形機制的基礎上,對金屬超塑性的研究進行了展望。

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,探討半固態(tài)初生球狀晶形成機理的研究現(xiàn)狀,指出近液相線半連續(xù)鑄造法具有廣闊的應用前景。

研究非典型等軸細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。研究結果表明:該合金在超塑性變形過程中組織會轉化為有利于超塑性的細小等軸組織。其在變形溫度為940～1020℃,應變速率為2×10-4～2×10-3s-1時具有良好的超塑性,其最大伸長率可達859.5%,應變速率敏感指數(shù)達0.43,該合金超塑性變形的主要機制是晶界滑動,而且這種非典型等軸細晶條件下超塑性變形時晶內(nèi)變形以及位錯蠕變所起的作用比在等軸細晶態(tài)組織條件下的作用更為顯著。對非典型等軸細晶的ti3al基合金熱軋板,無需進行復雜熱處理,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)濟的方法。其原理是利用氣體攪動金屬液,產(chǎn)生激冷和強烈對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的特點、原理和實質,以及當前氣流攪拌法制備鋁鎂合金漿料的研究及應用現(xiàn)狀,同時也介紹了氣流攪拌方法在半固態(tài)成形中的應用。