7075铝合金高固相率触变成形的微观组织演变和力学行为研究

发布时间：2020-06-17 17:06

【摘要】：7075铝合金因其具有的优异力学性能,广泛应用于航空航天领域。触变成形利用材料在半固态时具有的触变性可以实现复杂零部件的近净成形,有效的避免传统加工方式的繁琐流程和机械加工对原材料造成的浪费。本论文研究了7075铝合金在不同二次加热工艺参数下的微观组织演变,对加热过程中的近球状晶粒形成机制进行了讨论。通过等温压缩试验研究了 7075铝合金的高温变形行为和高固相率下的触变行为,并结合变形过程中的微观组织特征对材料流动行为进行了分析,针对高温温度和半固态温度分别建立了对应的本构模型,采用Deform-3D对半固态温度下的压缩进行了模拟,验证了模型的有效性。二次加热的目的是为了获得满足触变成形要求的近球状的晶粒组织。本研究采用挤压态的7075铝合金作为原材料,研究了不同二次加热参数对组织演变的影响和球状晶粒的形成机制。结果表明,液相的形成对球状晶粒的形成有着很大的促进作用,当保温温度为550℃保温时间为5 min时,近球状晶粒在液相聚集的晶界处形成;随着温度升高液相含量增多,渗透进入到更多未再结晶晶粒的晶界处,通过润湿不规则的晶界使得晶粒球化,促进了再结晶的进行和更多近球状晶粒的形成。在半固态温度时,随着保温温度的升高和保温时间的增加,平均晶粒尺寸增加,晶粒的圆整度提高。较快的加热速率下,材料在较高的变形储存能的作用下形成较多的形核中心,使晶粒尺寸得到细化。因此将挤压态的7075铝合金直接加热到半固态温度区间,可以获得近球状晶粒组织并用于触变成形。通过高温温度和半固态温度下的压缩试验,分析了不同参数下的材料流动行为和微观组织演变规律,针对高温和半固态温度分别建立了对应的本构模型。研究发现,高温下的压缩过程包含加工硬化和稳态变形两个阶段,半固态阶段则包含加工硬化,流变软化和稳态变形三个阶段。微观组织分析表明在压缩试样的边缘存在液相偏析,在较高应变速率下,出现多个峰值应力现象,是因为液相不能汇集到一起形成流动路径,因此不能很好的协调固相的大变形。针对7075铝合金在高温温度建立了本构模型,峰值应力的计算值和实验值实现了很好的拟合;针对半固态温度建立了经验本构模型,利用Deform-3D有限元软件模拟了材料的触变压缩过程,对7075铝合金半固态温度的本构模型进行了验证,在590℃时,模拟结果和实验结果可以较好的拟合。本论文的研究,对7075铝合金半固态坯料制备过程的组织演变和球状晶粒的形成机制的分析,对触变成形过程的微观组织演变和力学模型的研究可以为后续7075铝合金二次加热工艺参数的确定和优化,为触变成形过程中固/液相流动变形机制的进一步分析提供参考。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【图文】：

金属合金,金相图片,枝晶组织,半固态

具的热冲击，提高了模具的使用寿命；３）成形过程更加洁净、高效；４）材料在逡逑半固态时具有一定的流动性，可成形复杂结构的工件［４］。逡逑图１－１所示为铸态合金和半固态合金的微观组织，可以看出，和铸态合金的逡逑枝晶组织不同，半固态合金的微观组织为液相包裹的近球状晶粒组织。这种在半逡逑固态温度下由液相包裹的近球状晶粒组织，相比树枝状晶粒组织在变形时具有更逡逑小的流动抗力，可以更好地充填模具型腔，可在较小的成形力下成形，由于其可逡逑在较低的成形力下实现复杂工件的近净成形，而且性能优于传统铸件，在工业上逡逑具有很好的应用前景。目前，对半固态成形技术的研宄领域不断扩大，除了铝合逡逑金［５，６］之外，镁合金［７，８］，钢铁［９＿１１］和金属基复合材料［＆１４］的半固态成形也得到了逡逑广泛的研究。逡逑＿＿逡逑图１－１金属合金的金相图片：（ａ）铸造态枝晶组织，（ｂ）半固态球状晶粒组织［１５］逡逑１．２半固态成形技术逡逑图１－２所示为金属半固态加工的技术路线图

流变成形,半固态金属成形,路线,示意图

充分破坏树枝状的初生固相，得到一种在液态金属溶液中均匀地悬浮着一定球状逡逑初生固相的固－液混合浆料，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形，如逡逑压铸、挤压和轧制［１７］。图１－３为流变成形工艺路线的温度变化特征，包含流变浆逡逑料制备和流变成形两个过程。逡逑ｒ邋＋逡逑气逡逑ｔ逡逑图１－３流变成形工艺路线的温度变化特征：ａ－流变菜料制备，ｂ－流变成形［１８］逡逑半固态流变成形将半固态浆料直接成形，具有流程短、成本低、生产效率逡逑高和适用半固态加工合金范围大等优点。但是变浆料的保存和输送很不方便，逡逑在实际应用中受到较大的限制。近年来国外的一些研宄者们通过改善工艺步骤逡逑和开发一些新型的设备在流变铸造领域取得了突破性的进展［１９］。逡逑３逡逑

【参考文献】