6013铝合金动态压缩变形行为研究

发布时间：2020-04-22 12:23

【摘要】：铝合金因具有低密度、比强度大以及优良的加工性能和耐腐蚀性能等优点,广泛应用于汽车车身等零部件的生产制造,成为汽车轻量化的首选材料。6013铝合金作为美国铝业公司研制的一种新型Al-Mg-Si-Cu铝合金,具有很好的综合性能,但目前关于该合金的研究主要集中在准静态条件下的变形行为,对其在动态压缩下的力学行为和微观组织演变的研究很少。然而,在实际应用中,材料会不可避免地承受动态载荷作用,所以有必要对6013铝合金在高速冲击下的动态力学性能和微观组织演变进行深入研究。本文以6013铝合金为研究对象,通过霍普金森压杆高速冲击试验,研究该合金在不同应变速率和不同变形温度条件下的力学行为;利用金相显微镜和透射电子显微镜两种显微组织表征技术,探讨该合金在动态压缩变形过程中的微观组织演变规律和机理。本文的主要研究成果如下:(1)相较于其他固溶时效条件,挤压态6013铝合金在温度545℃条件下固溶处理1 h和温度180℃条件下时效处理8 h的固溶强化和时效强化效果均最佳,基体中的析出相数量很多且分布均匀。在动态变形过程中,该固溶时效条件下的析出相对位错的钉扎作用很强,位错密度增大,合金具有较高的变形抗力,同时表现出很强的正应变速率敏感性。(2)常温条件下,挤压态6013-T4铝合金在动态载荷下的力学性能具有明显的各向异性。0°方向试样的流变应力最高且表现出最强的正应变速率敏感性,45°方向试样的流变应力最低,应变速率敏感性较弱。在高速冲击变形过程中,应变量和应变速率对位错组织影响显著,位错密度和应变量、应变速率均呈正相关关系,同时0°方向6013-T4铝合金位错密度很高,位错缠结现象显著,具有较为理想的应变硬化和应变速率强化效果。(3)在25℃到400℃温度范围内动态压缩时,挤压态6013-T4铝合金具有较弱的正应变速率敏感性和很强的负温度敏感性。透射组织观察表明,变形温度对合金的位错组织影响显著,位错密度随着变形温度的升高而减小。温度达到300℃时,位错胞壁开始多边形化,形成亚晶,温度进一步升高,晶粒组织因大量的亚晶形成而破碎。基于试验数据建立6013-T4铝合金Johnson-Cook本构模型,且该模型在较宽应变速率和温度范围内的拟合流变应力值与试验结果吻合较好。
【图文】：

试验方案设计

试验方案设计试验分三个大的方面进行：第一个方面是将试验试样经不同的固溶温度间处理后，基于维氏硬度和高速冲击力学性能两个评价指标得出 6013 铝佳热处理工艺参数，并结合透射显微组织观察（TEM）分析不同热处理下的微观组织变化。第二个方面是在常温条件下，对挤压态 6013-T4 铝不同应变速率的高速冲击试验，通过应力应变曲线研究材料动态力学性异性，，并结合透射显微组织探究其在动态变形过程中的位错组织演变规个方面则是对挤压态 6013-T4 铝合金进行不同温度和不同应变速率下的试验，得到其应力应变曲线，研究材料的温度和应变速率敏感性。利用组织分析不同变形条件下的 6013 铝合金力学性能变化的微观机理。基于，求解 6013 铝合金的本构参数并建立相应的 Johnson-Cook 本构模型，建立的本构模型预测流变应力，将预测结果和试验结果进行对比。高速的试验设备均采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar）HPB。本文的试验方案设计图如图 2.1 所示。

棒材,均匀化处理,挤压机,切割机

6013 铝合金动态压缩变形行为研究1 所示。表 2.1 6013 铝合金的化学成分(质量 %)Mg Si Cu Mn Fe Al0.95 0.75 0.90 0.35 0.20 Bal铸锭经 SRJ-45 箱式电阻炉进行均匀化处理，均匀化处理的间为 16 h。均匀化处理后的铝锭置于空气中进行空冷，铝锭的，高 250 mm 的圆柱形试样。然后将铝合金铸锭在 XJ 2500 挤上进行挤压，得到直径为 25 mm 的棒材。主要挤压参数：挤挤压比为 23，挤压出口温度为 550 ℃。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】