7075铝合金分流模挤压型材微观组织与力学性能研究
发布时间：2020-06-13 00:55
【摘要】：近年来,随着环境污染问题的日渐突出,越来越多的国家将节能减排作为重要的发展方向。7075铝合金作为一种典型的Al-Zn-Mg-Cu系高强韧铝合金,具有密度低、强度高、断裂韧度高和加工性能好等优点,能够在汽车、高速列车、航空航天等领域代替传统的钢铁材料,起到轻量化设计和节能减排的作用。因此,近年来7075铝合金的工程应用受到了越来越多的关注。分流模挤压工艺在生产空心类铝合金型材方面具有明显优势,也因此在工业生产中得到了越来越广泛的应用。分流模挤压过程中,材料经历了分流和焊合过程,不可避免的在型材整个长度上形成若干条纵向焊缝。当焊合过程控制不当时,纵向焊缝处很容易成为型材中最薄弱的部位,降低型材整体的力学性能。此外,在分流模挤压过程中,不同位置处材料经历的应变、应变速率、温度等存在很大差异,造成了挤出型材微观组织的不均匀分布。针对以上问题,本文以7075铝合金作为研究对象,通过实验和数值模拟对其分流模挤压过程中的微观组织、焊合质量和力学性能等方面的进行了系统的研究,旨在获得7075铝合金分流模挤压过程的微观组织演变规律及其力学性能的提高方法。本课题的实施,可为7xxx高强铝合金材料的分流模挤压成形提供理论基础,进一步提高挤出型材的整体质量,具有重要的理论意义和工程应用价值。本文主要的研究工作和结论如下:(1)基于等温热压缩获得的真应力-应变数据,分别建立了均质态7075铝合金应变补偿的Arrhenius和改进的Johnson-Cook本构方程,并在预测流动应力方面都表现出了较高的准确性。通过研究建立的7075铝合金动态再结晶的动力学方程,发现高变形温度和低应变速率都有利于动态再结晶的发生。(2)通过分流模挤压实验获得了 7075铝合金型材,发现型材中存在明显的微观组织不均匀性,型材横截面可分为焊缝区、过渡区和基体区。焊缝区发生了完全动态再结晶,并且动态再结晶百分数由过渡区到基体区逐渐减小。根据实验和J准则预测的结果,靠近型材头部位置处的焊合质量较差,并且焊合质量沿着挤压相反的方向逐渐提高,挤压温度的提高有利于改善纵向焊缝的焊合质量。(3)通过研究分流模挤压过程中型腔内部各个位置处的组织特征,发现由于应变存在很大差异,不同位置处材料的动态再结晶百分数和微观织构的分布呈现出明显的不同。其中型材焊缝区织构主要为{101}111织和{101}001织构,而基体区则主要为{112}111织构和{101}111织构。此外,Al23CuFe4相不会溶入Al-基体中,但会在机械作用下破碎成链条状分布在晶界处,而MgZn2相先溶入在Al-基体中,并在靠近模具出口处逐渐析出,均匀且弥散的分布在型材中。(4)对7075铝合金分流模挤压型材进行不同时间的固溶处理,发现470℃固溶处理15 min足以使得Mg2n2相溶解,并在时效处理后获得最好的抗拉强度和延伸率。并且随着固溶时间的延长,型材的力学性能出现了下降的趋势。此外,随着固溶处理时间的延长,型材焊缝区织构的类型不会发生变化,但织构强度和体积分数均先增大后减小。
【图文】：
１．２．３分流模挤压工艺逡逑在分流模挤压的过程中，由于分流孔的存在，材料会经历分流、焊合和挤出逡逑三个阶段，材料在各阶段的形态如图１－１所示。从图中可以看到，加热后的坯料逡逑首先在通过上模时被分流桥分离为相互独立的金属流，这些金属流在分流桥下方逡逑的焊合室中相遇后互相接触，并在巨大的压力下重新焊合，最终从工作带中挤出，逡逑并在型材中生成沿挤压方向的纵向焊缝。逡逑初始坯料逦分流阶段逦焊合阶段逦挤出阶段逡逑．１邋Ｉ：邋＇邋：邋｜邋－邋１邋ｆ邋＂逡逑ｉ：．邋■邋：；邋ｒ邋－邋■］邋Ｉ－邋－邋：－；：ｉ逡逑Ｉ：．邋．逦．逦．逦．１邋ｔ逡逑＾叇ｉｆｌW逡逑＿＿逡逑；逡逑图１－１分流模挤压过程中的不同阶段逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｔａｇｅｓ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｐｏｒｔｈｏｌｅ邋ｄｉｅ邋ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ．逡逑图１－２给出了分流模挤压过程中，，一种典型的载荷与位移之间的关系。从图逡逑中可以看到，在挤压刚开始时载荷会出现一段快速的上升过程，这主要是由于坯逡逑料的实际尺寸往往小于料筒的内部尺寸，坯料在进入分流孔之前首先被镦粗以充逡逑满料筒内腔，从而造成载荷的急剧增大。同时，坯料开始在挤压力的作用下逐步逡逑通过分流孔，此时由于变形的加剧，挤压载荷会继续X椉樱黾铀俣认喽越下ｅ义系苯鹗舻酱锖负鲜也⒖枷嗷ソ哟ナ
本文编号：2710373
【图文】：
１．２．３分流模挤压工艺逡逑在分流模挤压的过程中，由于分流孔的存在，材料会经历分流、焊合和挤出逡逑三个阶段，材料在各阶段的形态如图１－１所示。从图中可以看到，加热后的坯料逡逑首先在通过上模时被分流桥分离为相互独立的金属流，这些金属流在分流桥下方逡逑的焊合室中相遇后互相接触，并在巨大的压力下重新焊合，最终从工作带中挤出，逡逑并在型材中生成沿挤压方向的纵向焊缝。逡逑初始坯料逦分流阶段逦焊合阶段逦挤出阶段逡逑．１邋Ｉ：邋＇邋：邋｜邋－邋１邋ｆ邋＂逡逑ｉ：．邋■邋：；邋ｒ邋－邋■］邋Ｉ－邋－邋：－；：ｉ逡逑Ｉ：．邋．逦．逦．逦．１邋ｔ逡逑＾叇ｉｆｌW逡逑＿＿逡逑；逡逑图１－１分流模挤压过程中的不同阶段逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｔａｇｅｓ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｐｏｒｔｈｏｌｅ邋ｄｉｅ邋ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ．逡逑图１－２给出了分流模挤压过程中，，一种典型的载荷与位移之间的关系。从图逡逑中可以看到，在挤压刚开始时载荷会出现一段快速的上升过程，这主要是由于坯逡逑料的实际尺寸往往小于料筒的内部尺寸，坯料在进入分流孔之前首先被镦粗以充逡逑满料筒内腔，从而造成载荷的急剧增大。同时，坯料开始在挤压力的作用下逐步逡逑通过分流孔，此时由于变形的加剧，挤压载荷会继续X椉樱黾铀俣认喽越下ｅ义系苯鹗舻酱锖负鲜也⒖枷嗷ソ哟ナ
本文编号：2710373
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