半固态6061铝合金的SIMA法制备工艺及触变成形研究

发布时间：2020-04-23 21:04

【摘要】：半固态成型技术是一种兼具液态和固态成型优点的新兴技术,可以一体成型具有优异力学性能、复杂形状和高尺寸精度的金属部件,但目前铝合金的半固态成形的应用研究进展却十分缓慢。因此,本文以商业6061铝合金为研究对象,从SIMA法坯料制备、室温-半固态温度的压缩行为到最终的触变成形,对6061铝合金的半固态组织和性能演变及其内在机制进行系统深入的研究,为铝合金的触变成形提供理论指导与试验参考。首先采用镦粗为预变形方式的SIMA法制备6061铝合金的半固态坯料。结果表明,变形量增加有利于固相晶粒尺寸减少和圆整化,其临界变形量为33.3%。在等温热处理过程中,合金组织中首先发生回复和再结晶过程,同时低熔点的AlFeSi相和Mg_2Si相等在三叉晶界处率先发生熔化,之后溶质原子不断向液相区转移,固相晶粒被液相逐渐包围而发生球化,最终形成非枝晶的半固态6061合金组织。等温热处理对半固态组织的影响主要有两个方面,即热处理温度和热处理时间。提高热处理温度有利于加快再结晶、熔化和长大的进程,但温度过高时,液相的快速渗透会导致再结晶进行不充分;随保温时间延长,液相率不断增加,固相晶粒尺寸先减小后增加,圆度逐渐降低。随着热处理时间和温度的提升,坯料的屈服强度和抗拉强度均逐渐降低,延伸率先增加后减小。压缩试验结果表明,6061合金的压缩真应力-应变曲线在26-500℃(固态温度区间)表现为塑性变形特征,而在600-620℃(半固态温度区间)下呈现典型的触变变形特征,曲线可划分为应力激增、变形抗力下降和稳定触变流动三个阶段。6061合金压缩峰值应力和稳态应力均具有温度敏感性和应变速率敏感性,随着温度升高或应变速率的降低,峰值应力和稳态应力都呈现下降趋势。但是随温度升高,半固态下的稳态应力对应变速率的敏感性减弱,主要是由于液相起到有效的润滑作用。使用双曲正弦模型及液相修正项建立了6061合金在宽温范围的本构方程,固态塑性变形的表观激活能为248.639kJ/mol,半固态触变变形的表观激活能为681.435 kJ/mol。通过采用两段式PID闭环控制加热,得到心部与表面组织一致性较高的6061合金半固态坯料,最终进行挤压铸造触变成形。触变成形过程中的充型能力良好,成形3mm薄板的组织中初生球化固相分布均匀,屈服强度为165MPa,抗拉强度为280MPa,延伸率为9.5%。相比液态成形,6061合金的半固态成形能够降低铸件的热裂倾向,减少卷气缺陷和提高塑性。
【图文】：

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上海交通大学硕士学位论文并成为一种在商业上有巨大潜力的加工技术，能够生产高完整、复杂形状和高尺寸精度的金属部件，，有效改善传统压铸缺陷[如北美、欧洲、日本等已经趋于成熟并得到工业界认可，逐渐工程机械、电子产品等领域高端零部件制备生产。国内半固态年发展，目前正逐渐进入到工业化推广应用阶段。

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图 1-2 流变成形工艺流程示意图Fig. 1-2 Schematic illustration of rheoforming processes图 1-3 触变成形工艺流程示意图
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】