超声振动对半固态ZL101合金成形微凸台微观组织的影响

发布时间：2021-11-07 11:29

　　在将半固态成形技术应用于板料镦挤成形工艺的基础上,提出超声振动辅助板料镦挤微触变成形复合工艺,并且基于微凸台特征搭建了超声振动辅助板料体积微触变实验装置。通过与无超声振动实验进行对比,研究了超声振动对微凸台微观组织的影响。实验结果表明,施加超声振动会打散固相颗粒的连接,导致在成形过程中变形机制发生变化。同时超声振动可以明显改善凸台顶部的液相偏析缺陷。结合圆环镦粗理论认为微凸台触变成形过程中板料存在分流区,挤压流动占优阶段施加超声振动会导致分流区的范围减小,进而降低微凸台的成形高度。 

【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(08)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

ZL101半固态合金固相率与温度关系曲线

考虑到微成形研究的特征尺寸，选取微凸台模孔直径为Φ0.5 mm。为了研究超声强度对微凸台微观组织的影响，选取的超声振动功率为0和360 W。根据已有研究[22]，设定变形温度为565℃，在该温度下可以保证微凸台有较好的表面质量。选择压下量为0.3 mm。由于半固态材料对应变速率具有敏感性，并且过短的成形时间会对施加超声振动造成困难，故选取的变形速率为1 mm·min-1。板料厚度对成形凸台高度影响显著且凸台成形高度随板厚减小明显升高，根据已有实验结果[22]，在变形速率为1 mm·min-1的情况下，板料厚度为0.9 mm对获得最大凸台高度，故选用的坯料尺寸为Φ12 mm×0.9 mm，其厚度在微尺度范围内，其直径和厚度比为13.3，板料厚度和挤压凸台直径比为1.8。根据实验结果，微凸台的成形过程主要可分为坯料镦粗流动占优和凸台挤压流动占优(以下分别简称为镦粗阶段和挤压阶段)两个阶段，分别对应成形初期和成形末期。在不同成形阶段施加超声振动会对凸台微观组织造成影响，故对两个成形阶段分别施加超声振动。实验方案见表2。1.3 实验设备

实验设备如图3所示。实验用压力机为IN-STRON材料万能试验机。采用大功率陶瓷感应线圈进行加热，可以保证均匀的加热温度场。为保证测温的准确性，采用K型热电偶(误差±1℃)进行测温，并将温度信号输入REX-C700温度控制器，通过SSR-40 DA电磁继电器实现对陶瓷电阻丝感应加热线圈的电流的通断，从而实现温度控制。实验中利用隔热材料将模具与线圈围成一个保温密闭空间，保证模具系统具有良好的保温效果。上模与压机连接处通过加石英板与冷却水以起到隔热和降温的作用，防止高温传递到实验设备。上模与固定块依靠螺栓连接，既保证了连接的可靠性，又方便模具的更换。超声振动系统主要由超声波发生器、换能器和变幅杆组成，本实验采用的超声振动系统设计频率20 kHz，最大功率1200 W。超声换能器为压电式，采用阶梯式变幅杆，其末端与成形下模用螺纹连接。由于变幅杆不能与压机直接相连，设计了支撑架辅助变幅杆与压机相连。在成形过程中，作用在变幅杆上的力通过支撑架传递到压机上。实验中，变幅杆中有流动水道降温，防止高温导致超声换能器失效。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]ZL101半固态微压缩实验研究[J]. 罗帅,于沪平,邱海渊,乔云.  塑性工程学报. 2017(06)
[3]高频/超声振动辅助微成形技术研究进展与展望[J]. 王春举,郭斌,单德彬,张曼曼.  精密成形工程. 2015(03)
[4]微成形中尺寸效应研究的进展[J]. 董湘怀,王倩,章海明,彭芳,郭斌,单德彬.  中国科学:技术科学. 2013(02)
[5]ZL101合金微镦粗尺度效应研究[J]. 王子叶,于沪平,赵军.  模具技术. 2011(03)

博士论文
[1]超声能场在金属微/介观成形中的作用理论及实验研究[D]. 姚喆赫.浙江大学 2016

硕士论文
[1]ZL101合金半固态等温微挤压及成形规律试验研究[D]. 赵雅珠.上海交通大学 2010
[2]ZL101二次加热微正挤压试验研究[D]. 雷晚勤.上海交通大学 2008
[3]半固态微挤压工艺的初步研究[D]. 童忠财.上海交通大学 2007



本文编号：3481777