AL-Mg-Si合金导体连续ECAE动态成形的数值模拟与实验

发布时间：2017-05-12 00:13

  本文关键词：AL-Mg-Si合金导体连续ECAE动态成形的数值模拟与实验，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高性能铝合金导线是电力行业急需的输电材料,是国内外重点研究课题,对节能、节材、国民经济发展具有重要意义。综合提高铝合金导线导电性能以及力学性能是行业内所需要解决的关键问题。近年来研究发现ECAE成形后铝合金导体的综合性能有很大提高,但是由于普通ECAE工艺制备的产品尺寸小,生产缺乏连续性,限制了他的工业化应用,因此进行连续ECAE动态成形的研究具有重要的实际意义。本文选取国家自然科学基金项目“铝合金导线连续ECAE动态时效过程析出相演变与性能强化机理(编号:51174139)”部分内容为题,研究了Al-Mg-Si合金导体连续ECAE动态成形过程中的析出相演变机理与性能强化机理。由于连续ECAE动态成形过程非常复杂,首先进行了成形过程的计算机模拟,模拟了不同温度、速度、摩擦系数对单道次ECAE成形过程的影响,得出了合适的工艺参数,然后进行了多道次模拟,多道次连续ECAE动态成形的计算机模拟得出不同道次对工件应力应变以及温度场的影响,确定了最佳的连续ECAE道次加工工艺。借助电子金相显微镜、金属拉伸试验机和QJ57型直流电桥等分析测试手段,进行了相应的实验研究,研究了Al-Mg-Si合金导线ECAE成形和时效热处理的力学性能以及导电率、制备出优良的Al-Mg-Si合金导线。得出了一下主要结论:(1)采用Defrom-3D软件模拟了温度、速度、摩擦条件对单道次ECAE成形应力应变和温度场分布的影响,结果表明:成形过程中应力应变以及温度分布存在不均性,在模具的拐角处最大,模拟得出最佳工艺为:挤压温度、摩擦和转速分别为220℃、0.2和10rpm;(2)进行了多道次连续ECAE动态成形过程计算机模拟,获得了不同道次加工后试样应力应变以及温度场分布规律,随着ECAE道次的增多工件等效应变、应力和温度随着增加,并随道次的增加它们分布的均匀性逐渐增加,到第4道次时达到较为均匀分布的效果,最终确定了最佳道次为4道次;(3)实验制备了Al-0.32%Mg-0.44%Si-0.06%Be-0.06%B的铝合金导线,当模具和工件温度为220℃,连续ECAE成形为4道次时,Al-0.32Mg-0.44Si合金晶粒细化效果较好,且晶粒分布较均匀,和模拟结论相符;(4)优化了?4mm的合金导线的热处理工艺,当温度160℃~180℃,时效时间6~8h时,?4mm合金导线具有优良的综合性能,导线抗拉强度可达到295MPa左右,延伸率约为3.7%,等效导电率约为57.1%IACS。较连铸连轧成形Al-Mg-Si合金导线强度提高10%左右。
【关键词】：Al-Mg-Si合金 连续ECAE 有限元模拟 抗拉强度 动态成形 时效处理
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG379
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 铝合金导线的国内外发展状况13
• 1.3 中强度全铝合金导线的应用优点13-14
• 1.4 研究中强度Al-Mg-Si合金导线的意义14-15
• 1.5 连续ECAE动态成形机理及发展15-18
• 1.5.1 普通ECAE工艺的基本原理15-17
• 1.5.2 连续ECAE工艺的基本原理及发展17-18
• 1.6 课题研究的意义18
• 1.7 本文主要研究内容18-20
• 第2章 连续EACE有限元 3D模型的建立20-26
• 2.1 金属塑性成形有限元模拟概述20
• 2.2 有限元仿真模拟软件Deform-3D简介20-22
• 2.3 DEFORM-3D分析问题的流程22-23
• 2.4 3D模型的建立23-24
• 2.5 模型的导入及网格划分24-26
• 第3章 连续ECAE单道次有限元模拟26-39
• 3.1 引言26
• 3.2 模拟参数的设定26
• 3.2.1 网格划分26
• 3.2.2 加载及求解26
• 3.3 单道次ECAE的模拟结果26-38
• 3.3.1 温度对ECAE工艺的影响26-31
• 3.3.2 摩擦对ECAE工艺的影响31-35
• 3.3.3 转速对ECAE工艺的影响35-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 多道次连续ECAE有限元模拟39-47
• 4.1 引言39
• 4.2 多道次有限元模拟结果分析39-46
• 4.2.1 等效应力分布分析40-42
• 4.2.2 等效应力分布分析42-44
• 4.2.3 温度场分布44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 普通挤压模具和ECAE模具设计及制造47-61
• 5.1 普通挤压筒设计47-53
• 5.1.1 铸锭尺寸的确定47-48
• 5.1.2 挤压时的温度、速度选择48
• 5.1.3 模具材质的选取48-49
• 5.1.4 挤压润滑剂的选择49
• 5.1.5 挤压模具尺寸设计49-53
• 5.2. 等通道转角挤压模具设计53-60
• 5.2.1 模具的设计要求53
• 5.2.2 ECAE模具挤压力计算53
• 5.2.3 挤压模具结构设计53-56
• 5.2.4 模具材料的选择56-57
• 5.2.5 模具强度校核57-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第6章 Al-Mg-Si连续ECAE成形方坯的制备及组织性能演化61-71
• 6.1 序言61
• 6.2 铸造Al-0.32Mg-0.44Si合金棒61-63
• 6.2.1 熔炼61-62
• 6.2.2 添加合金元素和精炼除气62-63
• 6.3 合金的均匀化处理与挤压加工63-64
• 6.4 连续ECAE挤压工艺参数设定64-66
• 6.5 试样的制取66-67
• 6.6 Al-Mg-Si合金的金相组织观察67-71
• 第7章 动态时效Al-Mg-Si合金线材的组织与性能71-78
• 7.1 合金线材的制取71
• 7.2 时效处理工艺71-72
• 7.3 时效处理对Al-Mg-Si合金微观组织的影响72-73
• 7.4 动态时效对Al-Mg-Si合金导线综合性能的影响73-78
• 第8章 结论78-79
• 参考文献79-82
• 在学期间研究成果82-83
• 致谢83-84

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