热处理工艺对AZ80镁合金舱段构件组织及性能影响研究
发布时间：2021-07-27 10:59
轻质高强韧构件是航空航天、国防军工领域减轻装备重量,提升战技指标的迫切需求。其中,舱段构件作为箭体结构的重要组成部分和主要承力构件,实现轻质化、整体化、精确化制造是新一代航天装备发展对其提出的重要要求。本文以商业AZ80镁合金为材料,采用环形通道转角挤压（ACAE）新型工艺制备了舱段构件,研究了形变和热处理对构件组织演变规律及力学性能的影响。重点分析均匀化处理、固溶处理（T4）、时效处理（T5）、固溶+时效处理（T6）下β-Mg17Al12相溶解析出行为,揭示β相微观特性与力学性能关系,为高性能镁合金舱段构件制造提供了理论支撑。研究结果表明:（1）铸态合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12共晶相和难溶Al-Mn相组成,为不均匀偏析结构。均匀化处理中,温度是影响树状共晶相溶入基体的主要因素;均匀化温度越高,共晶相溶入基体越充分,但合金易发生过烧。铸态合金经415℃+16h均匀化处理后,枝晶偏析现象得到消除,塑性明显提升,延伸率由0.98%提高到10.7%。（2）变形温度对挤压组织及力学性能有重要...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统反挤压原理图
中北大学学位论文31.2.2空心坯料反挤压成形工艺鉴于传统反挤压难以整体成形大规格筒形构件，且所成形构件力学性能不能满足高端装备的使用需求，中北大学张治民教授[14]提出了空心坯料反挤压省力成形工艺，并成功应用于重型装甲车辆的铝合金轮辋，为装备轻量化提供了重要途径。该工艺示意图如1-2所示，带芯轴凸模下行挤压空心坯料，金属一部分径向流动形成轮辐部位，一部分轴向流入凸、凹模间隙形成轮辋壁部。通过该工艺可以大幅度降低挤压成形力，减少变形死区，提高了构件整体力学性能。图1-2空心坯料反挤压示意图[14]Fig1-2Schematicdiagramofhollowblankbackwardextrusion[14]1.2.3旋转挤压成形工艺内腔带筋壳体具有薄壁、轻质的特点，属于典型的复杂回转体构件，在航空航天、武器装备中具有广泛的应用。该构件传统的制造成形方法有铸造、旋压、车削等。然而，铸造构件有气孔、夹杂等缺陷，力学性能较低；旋压工艺能有效减薄构件，保留内环筋形状，但是内环筋成形位置及成筋高度难以保证[15]；车削加工成形内环筋，造成材料极大浪费，且切断原有的金属成形流线，降低了构件承载能力[16]。针对上述情况，中北大学张治民教授[17]提出旋转挤压成形工艺，原理如图1-3所示，渐开式凸模轴向运动到成筋位置后，通过斜楔进行径向加载，配合凹模的旋转运动，形成内环筋。旋转挤压工艺通过累计剧塑性变形极大地细化成形区晶粒，是制备高性能内环筋壳体的重要途径。
中北大学学位论文4图1-3旋转挤压示意图[17]Fig1-3Schematicdiagramofrotationalextrusionprocess[17]1.2.4旋压成形工艺旋压工艺是大型复杂薄壁壳体的重要塑性成形工艺，具有成形力低、柔性好，快速经济等优点，特别适用于高强度难变形材料。旋压成形过程如图1-4所示，芯模顶部安装金属坯料并旋转，旋轮通过轴向运动、径向运动使坯料产生局部塑性变形，最终成形回转体构件[18]。然而，旋压成形过程中影响因素众多，构件精度和尺寸难以保证，容易出现破裂、起皱、金属堆积等缺陷。高性能薄壁壳体的整体旋压成形工艺尚未成熟，仍需开展模具优化控制、成形缺陷控制等相关研究[19]。图1-4旋压加工示意图[18]Fig1-4Schematicdiagramofspinningprocess[18]
【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒增强金属基复合材料的强化机理研究现状[J]. 叶想平,李英雷,翁继东,蔡灵仓,刘仓理. 材料工程. 2018(12)
[2]助力飞机“瘦身”的轻量化技术[J]. 陈轩. 大飞机. 2018(09)
[3]低压铸造ZL114A铝合金舱段壳体铸件工艺研究[J]. 单嘉立,尹家新,徐志锋,蔡长春,张守银,汪志太,王德清. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[4]Accelerated precipitation behavior of cast Mg-Al-Zn alloy by grain refinement[J]. Sang-Hoon Kim,Jong Un Lee,Ye Jin Kim,Jun Ho Bae,Bong Sun You,Sung Hyuk Park. Journal of Materials Science & Technology. 2018(02)
[5]薄壁壳类配件的高效车削方式浅析[J]. 刘宇. 中国设备工程. 2017(17)
[6]环形通道形型腔结构对杯状件反挤压成形的影响研究[J]. 薛勇,李宏,张治民,赵熹,周小京. 塑性工程学报. 2017(01)
[7]采用上限方法确定反挤压加工功和最优坯料半径（英文）[J]. S.H.HOSSEINI,K.ABRINIA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)
[8]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[9]热处理对反向挤压AZ80镁合金组织与性能的影响[J]. 刘春海,张振栋. 材料与冶金学报. 2014(04)
[10]铆接冲击力对飞机蒙皮的影响[J]. 刘岩,贾若. 辽东学院学报(自然科学版). 2013(04)
硕士论文
[1]初始组织对AZ31镁合金静态再结晶行为影响研究[D]. 曾真.重庆大学 2012
[2]固溶时效处理对AZ80镁合金组织及力学性能的影响[D]. 葛凯晨.西安理工大学 2008
[3]AZ80镁合金固溶与时效热处理中β-Mg17Al12相的转化行为研究[D]. 王志虎.西安理工大学 2007
本文编号：3305651
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统反挤压原理图
中北大学学位论文31.2.2空心坯料反挤压成形工艺鉴于传统反挤压难以整体成形大规格筒形构件，且所成形构件力学性能不能满足高端装备的使用需求，中北大学张治民教授[14]提出了空心坯料反挤压省力成形工艺，并成功应用于重型装甲车辆的铝合金轮辋，为装备轻量化提供了重要途径。该工艺示意图如1-2所示，带芯轴凸模下行挤压空心坯料，金属一部分径向流动形成轮辐部位，一部分轴向流入凸、凹模间隙形成轮辋壁部。通过该工艺可以大幅度降低挤压成形力，减少变形死区，提高了构件整体力学性能。图1-2空心坯料反挤压示意图[14]Fig1-2Schematicdiagramofhollowblankbackwardextrusion[14]1.2.3旋转挤压成形工艺内腔带筋壳体具有薄壁、轻质的特点，属于典型的复杂回转体构件，在航空航天、武器装备中具有广泛的应用。该构件传统的制造成形方法有铸造、旋压、车削等。然而，铸造构件有气孔、夹杂等缺陷，力学性能较低；旋压工艺能有效减薄构件，保留内环筋形状，但是内环筋成形位置及成筋高度难以保证[15]；车削加工成形内环筋，造成材料极大浪费，且切断原有的金属成形流线，降低了构件承载能力[16]。针对上述情况，中北大学张治民教授[17]提出旋转挤压成形工艺，原理如图1-3所示，渐开式凸模轴向运动到成筋位置后，通过斜楔进行径向加载，配合凹模的旋转运动，形成内环筋。旋转挤压工艺通过累计剧塑性变形极大地细化成形区晶粒，是制备高性能内环筋壳体的重要途径。
中北大学学位论文4图1-3旋转挤压示意图[17]Fig1-3Schematicdiagramofrotationalextrusionprocess[17]1.2.4旋压成形工艺旋压工艺是大型复杂薄壁壳体的重要塑性成形工艺，具有成形力低、柔性好，快速经济等优点，特别适用于高强度难变形材料。旋压成形过程如图1-4所示，芯模顶部安装金属坯料并旋转，旋轮通过轴向运动、径向运动使坯料产生局部塑性变形，最终成形回转体构件[18]。然而，旋压成形过程中影响因素众多，构件精度和尺寸难以保证，容易出现破裂、起皱、金属堆积等缺陷。高性能薄壁壳体的整体旋压成形工艺尚未成熟，仍需开展模具优化控制、成形缺陷控制等相关研究[19]。图1-4旋压加工示意图[18]Fig1-4Schematicdiagramofspinningprocess[18]
【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒增强金属基复合材料的强化机理研究现状[J]. 叶想平,李英雷,翁继东,蔡灵仓,刘仓理. 材料工程. 2018(12)
[2]助力飞机“瘦身”的轻量化技术[J]. 陈轩. 大飞机. 2018(09)
[3]低压铸造ZL114A铝合金舱段壳体铸件工艺研究[J]. 单嘉立,尹家新,徐志锋,蔡长春,张守银,汪志太,王德清. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[4]Accelerated precipitation behavior of cast Mg-Al-Zn alloy by grain refinement[J]. Sang-Hoon Kim,Jong Un Lee,Ye Jin Kim,Jun Ho Bae,Bong Sun You,Sung Hyuk Park. Journal of Materials Science & Technology. 2018(02)
[5]薄壁壳类配件的高效车削方式浅析[J]. 刘宇. 中国设备工程. 2017(17)
[6]环形通道形型腔结构对杯状件反挤压成形的影响研究[J]. 薛勇,李宏,张治民,赵熹,周小京. 塑性工程学报. 2017(01)
[7]采用上限方法确定反挤压加工功和最优坯料半径（英文）[J]. S.H.HOSSEINI,K.ABRINIA. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)
[8]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[9]热处理对反向挤压AZ80镁合金组织与性能的影响[J]. 刘春海,张振栋. 材料与冶金学报. 2014(04)
[10]铆接冲击力对飞机蒙皮的影响[J]. 刘岩,贾若. 辽东学院学报(自然科学版). 2013(04)
硕士论文
[1]初始组织对AZ31镁合金静态再结晶行为影响研究[D]. 曾真.重庆大学 2012
[2]固溶时效处理对AZ80镁合金组织及力学性能的影响[D]. 葛凯晨.西安理工大学 2008
[3]AZ80镁合金固溶与时效热处理中β-Mg17Al12相的转化行为研究[D]. 王志虎.西安理工大学 2007
本文编号：3305651
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