新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究

发布时间：2017-05-17 10:25

  本文关键词：新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金厚板是现代航空、航天及武器装备等领域必不可少的关键结构材料。但是我国在大规格高强铝合金厚板锻件的加工理论及技术方面的基础研究相对薄弱,高性能铝合金厚板大部分依赖进口,严重制约了我国航空、航天及国防技术的发展。因此,深入研究高性能铝合金厚板锻造技术,对我国航空、航天及国防事业的发展具有重要的意义。 本文针对一种新型Al-Zn-Mg-Cu超高强铝合金,系统研究了该合金的热变形特性及厚板的多向锻造工艺,具体研究内容及结果有: 1.采用Gleeble-1500D热力模拟试验机,研究了变形温度250℃～450℃,变形速率0.001s-1～0.1s-1的条件下,Al-Zn-Mg-Cu合金的热压缩流变应力行为;分析了变形温度、变形速率对材料流变应力的影响规律,并建立了该合金高温变形时的流变应力本构方程;通过热拉伸实验,研究了变形温度250℃～450℃,变形速率0.1s-1条件下合金的拉伸性能。获得材料在250℃～450℃的拉伸强度、延伸率及断面收缩率,在此基础上建立了材料的热加工塑性图,并确定合金的锻造温度范围为420℃～350℃。 2.采用热力模拟试验和金相实验方法,分析了该合金热压缩变形的组织演变规律。结果表明,Al-Zn-Mg-Cu合金是一种动态回复型金属,动态软化机制以动态回复为主。 3.采用Deform-3D模拟了多向锻造工艺中的镦粗、拔长等工序,优化了氋径比、砧宽比及压下量等控制参数。制定了三镦两拔(方案一)和四镦三拔(方案二)两种多向锻造工艺方案,并对两种方案缩比件的多工序多向锻造过程进行了数值模拟。模拟结果表明,方案二总锻比为17.86,锻件内部等效应变达到12.6,方案一总锻比为13.34,锻件内部等效应变达到9.23。两套工艺方案缩比件的工艺实验检测结果表明:两种工艺方案锻件的拉伸强度都超过了500MPa,延伸率、断面收缩率等都达到使用要求。因此,采用三镦两拔的工艺方案,不仅可以生产合格的Al-Zn-Mg-Cu合金厚板锻件,而且可以简化锻造工序,降低生产成本。 4.生产尺寸铝合金厚板锻造过程模拟结果表明,采用三镦两拔的锻造工艺进行厚板锻件的生产,设计总锻比在13～15时,锻件内部大部分区域等效应变达到9.96。实际尺寸铝合金厚板在西南铝成功试制,各项性能均达到使用要求。
【关键词】：Al-Zn-Mg-Cu合金 流变应力 微观组织 多向锻造 数值模拟
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG319
【目录】：

• 中文摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 铝及铝合金概述10-11
• 1.1.1 铝的基本特性10
• 1.1.2 铝合金的应用及分类10-11
• 1.2 高强铝合金的发展11-16
• 1.2.1 高强铝合金的发展11-14
• 1.2.2 铝合金锻造原料及其锻造方法14-16
• 1.3 材料成型性能及热加工工艺研究方法16-19
• 1.3.1 材料热加工性能的实验研究方法16-17
• 1.3.2 有限元数值模拟技术在塑性加工中的应用17-19
• 1.4 课题的研究目的、意义及内容19-22
• 1.4.1 课题的研究目的和意义19
• 1.4.2 课题研究的主要内容19-22
• 第2章 材料和研究方法22-28
• 2.1 试验材料及设备22-23
• 2.2 实验方案23-25
• 2.2.1 热压缩23-24
• 2.2.2 热拉伸24
• 2.2.3 数值模拟24-25
• 2.2.4 缩比件Φ120×300 工艺实验25
• 2.3 组织及性能检测25-28
• 2.3.1 组织观察25
• 2.3.2 性能检测25-28
• 第3章 热变形行为及组织演变28-40
• 3.1 变形行为分析28-31
• 3.1.1 Al-Zn-Mg-Cu 真应力-真应变曲线28-29
• 3.1.2 变形条件对流变应力的影响29-30
• 3.1.3 锻造温度范围及塑性图的建立30-31
• 3.2 本构方程的建立31-33
• 3.3 组织演变33-38
• 3.3.1 铝合金热变形的软化机制33-34
• 3.3.2 变形温度对组织的影响34-35
• 3.3.3 变形速率对组织的影响35-36
• 3.3.4 变形量对变形组织的影响36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 多向锻造工艺分析40-56
• 4.1 坯料高径比的确定40-47
• 4.1.1 镦粗变形的工艺特点40-41
• 4.1.2 平板镦粗圆柱体的有限元分析41-47
• 4.2 砧宽比与压下量对拔长变形的影响47-54
• 4.2.1 建立有限元模型47-48
• 4.2.2 砧宽比的影响48-51
• 4.2.3 压下量对应力的影响51-52
• 4.2.4 砧宽比压下率对展宽量的影响52-53
• 4.2.5 刚端长度的影响53-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第5章 多向锻造工艺过程模拟与实验56-68
• 5.1 缩比件方案一多向锻造过程模拟与分析56-57
• 5.1.1 缩比件锻造方案一56
• 5.1.2 方案一模拟过程参数分析56-57
• 5.2 缩比件方案二多向锻造过程模拟与分析57-59
• 5.2.1 缩比件锻造方案二57-58
• 5.2.2 方案二模拟过程参数分析58-59
• 5.3 缩比件多向锻造实验与性能检测59-64
• 5.3.1 缩比件锻造试验59-60
• 5.3.2 性能测试结果60-61
• 5.3.3 组织观察61-64
• 5.4 生产尺寸厚板锻件多向锻造模拟64-65
• 5.5 本章小结65-68
• 第6章 结论与展望68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-76
• 攻读学位期间发表的学术论文目录76-77

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 缪海平;王金亮;陈慧琴;;高强铝合金厚板淬火残余应力数值分析[J];太原科技大学学报;2012年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 白林振;新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金厚板多向锻造晶粒细化的研究[D];太原科技大学;2011年

2 陶乐晓;高强铝合金高温流变行为及锻造工艺基础研究[D];太原科技大学;2012年

3 缪海平;高强铝合金板淬火及残余应力研究[D];太原科技大学;2012年

  本文关键词：新型高强铝合金锻造工艺实验与模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：373175