基于ECAP-SIMA方法7075铝合金半固态组织及力学性能研究
发布时间：2020-08-13 19:28
【摘要】：7系铝合金作为一种轻质高强度变形铝合金,在飞机零部件、汽车车身以及电子产品外壳等领域得到了广泛的应用。目前变形铝合金主要采用锻压、轧制等方式进行加工,加工工序长,资源与能源消耗较大。触变成形作为一种重要的半固态加工技术,结合了半固态材料的触变特性以及变形铝合金良好的塑性成形能力,为高性能铝合金产品的开发和应用提供了一种崭新的思路。然而在传统触变成形中,7系铝合金存在着热裂倾向大,再结晶困难,晶粒球化效果差等问题,严重制约着触变成形工艺的应用。大塑性变形技术对材料具有显著的晶粒细化效果,可以同时提高材料的强度与韧性。基于变形铝合金触变成形中存在的问题,本论文提出将大塑性变形技术与半固态触变工艺结合,探讨晶粒细化对半固态组织演化过程及力学性能的影响规律。本文将等径角挤压技术(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)应用到应变诱导熔化激化法(Strain Induced Melting Activation,SIMA)中,对ECAP-SIMA法制备的7075铝合金半固态坯料的组织演化机理、工艺参数对球状晶形貌的影响规律进行了分析。结果表明:经过均匀化处理与4道次ECAP挤压后,组织中大角度晶界比例增加至39.3%,平均晶粒尺寸下降至2.31 μm;变形铝合金中的平均固相颗粒尺寸随着半固态保温温度与保温时间的提高而上升,在610-620℃保温15 min后,平均固相颗粒尺寸为67.19-71.09μm,形状因子为0.84-0.86。ECAP-SIMA法制备的7075铝合金半固态组织具有比常规重熔再结晶法(Recrystallization and Partial Remelting,RAP)制备的半固态组织更加细小均匀、圆整的固相颗粒形貌。分析了 7075铝合金在半固态温度(570-630℃)内的固相粗化机制,分别讨论了液相体积分数、预变形量、制备方法、合金成分以及合金元素扩散速率对于粗化速率的影响。研究表明:随着半固态保温温度的增加,组织粗化速率常数K经历了 4个阶段的变化,每个阶段内的控制机制分别为:合并-聚集机制、固-固相连结抑制的Ostwald机制、传统Ostwald熟化机制和试样宏观变形导致的对流扩散机制。液相体积分数fL在0.28-0.51之间时,粗化速率常数与(fL)-2/3成正比;而当fL在0.07-0.28之间时,论文建立了修正的粗化速率模型。增加7075铝合金ECAP变形道次,组织畸变能增加,同时晶粒尺寸下降导致溶质元素扩散距离缩短,粗化速率增加。变形铝合金中存在大量的第二相粒子,抑制了晶界的迁移,从而相对铸造铝合金具有更低的粗化速率。SIMA或RAP制备方法可以提供更高的组织再结晶形核速率,从而相对传统铸造法制备的半固态材料具有更低的粗化速率。对7075铝合金的室温拉伸性能、半固态等温拉伸性能及相应的断裂机制进行了研究。研究表明:室温拉伸性能及断裂机理受到半固态保温温度与保温时间的影响。随着液相体积分数的增加,断裂形式从包含有解理面及韧窝的混合断裂形式逐渐发展为脆性沿晶断裂形式。在低液相率条件下,液相凝固时产生的缩孔以及未溶的第二相粒子在拉应力作用下产生的微裂纹是断裂的主要机制;在较高液相率条件下,决定试样强度的因素是凝固的液相与固相颗粒结合界面强度及凝固液相薄膜本身的强度。7075铝合金的高温拉伸力学及断裂行为根据液相对其影响大小可分为三个阶段:类固态韧性断裂、液相影响下的脆性断裂和液相导致的断裂。分析了 7075铝合金在触变成形过程中的三种偏析现象:单个晶粒尺度范围内的成分偏析、半固态保温处理过程中产生的液相晶间偏析以及在触变成形过程中的液相宏观偏析。利用反挤压试验制备了不同壁厚的杯形件,分析了挤压温度与挤压比对偏析程度的影响规律。结果表明:变形过程中液相与固相的流动性能差异是导致液相宏观偏析现象的主要原因。较高的挤压温度与较大的挤压比导致液相偏析程度加剧。运用D'arcy定律及Kozeny-Carman公式确定了计算液相渗透率及渗透速率的方法。通过细化晶粒,缩短半固态保温时间以及采用较高的压下速度可以降低材料在变形过程中的偏析程度。本论文通过高强变形铝合金半固态坯料的制备、半固态温度区间组织粗化动力学行为、半固态坯料在常温及高温下的力学及断裂行为、触变成形过程偏析产生机理及控制方案等一系列系统性研究,为拓展半固态成形技术在变形铝合金领域的研究和应用提供了理论和技术支持。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【图文】：
术终将走向精密化、数字化、智能化和集成化。逡逑１．１课题研究背景逡逑根据汽车工业协会统计数据，我国近十年乘用车销量如图１－１所示，中逡逑国汽车产业保持稳步增长，己发展成为国民经济的支柱产业。然而，能源安逡逑全和环境保护日渐成为汽车产业发展中不可忽略的问题，特别是随着我国新逡逑能源汽车“双积分”政策的实施，如何限制能源用量，提高能源利用效率以逡逑及减少废气排放成为汽车产业发展的新课题。节能减排有两个重要途径，其逡逑中之一是传统汽车轻量化，通过减轻汽车重量减少油耗，从而减轻污染；另逡逑外一种方式是通过发展新能源汽车逐步取代传统燃油汽车，达到减少尾气排逡逑放的目的。铝合金、镁合金和碳纤维被认为是最佳的汽车轻质材料，铝合金逡逑凭借其优良的金属特性和成熟的加工工艺在车身、动力总成等部件将得到推逡逑广
备、半固态组织演变、半固态拉伸力学及断裂行为、成形缺陷分析和成形过逡逑程控制等方面，对其触变成形过程中缺陷产生机理和控制方法进行系统研究。逡逑图１－２是本课题提出的高强度铝合金制备工艺（下图），与传统锻造加工工艺相逡逑比（上图），本课题提出的制备工艺具有流程短、成本低的特点，特别适合于逡逑实验室研究与工业中小规模生产。在本课题研究的基础上，为变形铝合金触逡逑变成形技术的发展提供一定的理论和试验基础，对拓展半固态成形技术的工逡逑业化应用具有重要意义。逡逑－３邋－逡逑
２．１．２邋ＳＩＭＡ法与ＲＡＰ法半固态坯料制备技术逡逑ＳＩＭＡ法与ＲＡＰ法是目前应用最为广泛的两种半固态坯料制备技术，其逡逑工艺原理如图２－２所示。逡逑＊邋￣邋１逡逑Ｔｌ邋＾＼＼逦逡逑室o铃危А卞危簟卞危苠义希叭厶逯戾嗡苄伪湫卫浔湫五灏牍烫Ｎ洛义贤迹玻插澹樱桑停练ㄓ耄遥粒蟹ǖ墓ひ赵硎疽馔煎义希罚义
本文编号：2792418
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21
【图文】：
术终将走向精密化、数字化、智能化和集成化。逡逑１．１课题研究背景逡逑根据汽车工业协会统计数据，我国近十年乘用车销量如图１－１所示，中逡逑国汽车产业保持稳步增长，己发展成为国民经济的支柱产业。然而，能源安逡逑全和环境保护日渐成为汽车产业发展中不可忽略的问题，特别是随着我国新逡逑能源汽车“双积分”政策的实施，如何限制能源用量，提高能源利用效率以逡逑及减少废气排放成为汽车产业发展的新课题。节能减排有两个重要途径，其逡逑中之一是传统汽车轻量化，通过减轻汽车重量减少油耗，从而减轻污染；另逡逑外一种方式是通过发展新能源汽车逐步取代传统燃油汽车，达到减少尾气排逡逑放的目的。铝合金、镁合金和碳纤维被认为是最佳的汽车轻质材料，铝合金逡逑凭借其优良的金属特性和成熟的加工工艺在车身、动力总成等部件将得到推逡逑广
备、半固态组织演变、半固态拉伸力学及断裂行为、成形缺陷分析和成形过逡逑程控制等方面，对其触变成形过程中缺陷产生机理和控制方法进行系统研究。逡逑图１－２是本课题提出的高强度铝合金制备工艺（下图），与传统锻造加工工艺相逡逑比（上图），本课题提出的制备工艺具有流程短、成本低的特点，特别适合于逡逑实验室研究与工业中小规模生产。在本课题研究的基础上，为变形铝合金触逡逑变成形技术的发展提供一定的理论和试验基础，对拓展半固态成形技术的工逡逑业化应用具有重要意义。逡逑－３邋－逡逑
２．１．２邋ＳＩＭＡ法与ＲＡＰ法半固态坯料制备技术逡逑ＳＩＭＡ法与ＲＡＰ法是目前应用最为广泛的两种半固态坯料制备技术，其逡逑工艺原理如图２－２所示。逡逑＊邋￣邋１逡逑Ｔｌ邋＾＼＼逦逡逑室o铃危А卞危簟卞危苠义希叭厶逯戾嗡苄伪湫卫浔湫五灏牍烫Ｎ洛义贤迹玻插澹樱桑停练ㄓ耄遥粒蟹ǖ墓ひ赵硎疽馔煎义希罚义
本文编号：2792418
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2792418.html
