喷射成形7000系铝合金沉积坯孔隙及其在后处理中的演变研究

发布时间：2017-10-24 01:31

  本文关键词：喷射成形7000系铝合金沉积坯孔隙及其在后处理中的演变研究

  更多相关文章： 喷射成形 7000系铝合金 孔隙 后处理 热等静压 断口

【摘要】：喷射成形是一种快速凝固工艺,可用于研制各种常规铸造难以制备的高合金化结构材料。本论文针对喷射成形7000铝合金制备中产生的孔隙缺陷及其在后处理过程中的演变开展工作,主要研究喷射成形制备7000铝合金工艺参数对沉积坯孔隙的影响规律,以及沉积坯后处理过程中孔孔隙的演变,并对孔隙进行了分类,探讨了孔隙缺陷消除与致密化工艺之间的关系。研究了孔隙在喷射成形7000铝合金沉积坯中的分布规律和形成机制,根据形貌和成因将所有孔隙缺陷分为气孔、搭接型孔隙、连通型孔隙和混合型孔隙。研究了喷射成形过程参数,如雾化压力、接收盘下降速度、雾化距离、偏心距及气液比等对沉积坯中孔隙的影响规律,接收盘下降速度和偏心距主要影响沉积坯的成形性和收得率,雾化压力、雾化距离和气液比影响沉积坯中的孔隙所占比率和孔隙率。本论文所使用的设备合理工艺参数为：接收盘下降速度为20mm/min,偏心距为45mm,雾化压力为0.7MPa,雾化距离为430-470mm,在此工艺条件下,沉积坯收得率为60%以上,致密度大于90%。研究了包套热等静压、均匀化、热挤压、固溶和时效处理等工艺环节对沉积坯中孔隙形态的影响。研究结果表明,沉积坯锭在450。C/120MPa热等静压8h,搭接型孔孔隙、连通型孔隙和混合型孔隙的表面发生扩散连接而得以消除。气孔因内部气体阻碍表面的扩散连接无法消除,但气孔体积被极大压缩,甚至在显微尺度下难以分辨。热等静压消除了大量搭接型孔隙、连通型孔隙和混合型孔隙,从而能够减少沉积坯在后续处理中的氧化。热等静压处理后体积被压缩的气孔经均匀化处理受热膨胀,均匀化时间延长和温度升高导致出现孔隙的数量和尺寸增加。随后的热挤压工艺可以将坯锭中的气孔破碎,并沿挤压方向分布。一部分气孔孔的密闭性被破坏,气体排出,气孔界面间形成冶金结合；另一部分气孔发生变形,但仍然密闭,气孔体积因挤压再次缩小。在本论文实验条件下挤压比达到21时,坯锭中的孔隙在显微尺度下几乎不可见,但在随后的固溶处理中被压缩的气孔受热膨胀,形成尺寸约20μm以内的球形气孔,坯锭致密度达到99.4%。挤压比为50时固溶后坯件致密度为99.7%,但固溶后晶粒明显长大,力学性能下降显著。研究了喷射成形7000铝合金沉积坯及热加工后的断口,分析了孔隙形态在热加工过程中的演变及气孔中的气体对孔隙形态演变的影响。研究结果表明,存在于坯锭中的氮以氮气和氮化物两种状态存在,沉积坯件中的氮气经热等静压、均匀化、热挤压、固溶／时效等后处理并没有逸出。热处理过程中坯件中的氮气受热膨胀导致合金坯件中产生气孔,氮化物不会削弱合金的强度。常规热变形加工可以完全消除喷射成形沉积坯件中的搭接型孔隙、连通型孔隙和混合型孔隙,但难以消除气孔。
【关键词】：喷射成形 7000系铝合金 孔隙 后处理 热等静压 断口
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 1 引言12-32
• 1.1 快速凝固技术13
• 1.2 喷射成形技术13-19
• 1.2.1 喷射成形技术概述13-15
• 1.2.2 喷射成形的参数及影响15-17
• 1.2.3 喷射成形中的凝固进程分析17-19
• 1.3 喷射成形沉积坯件中的孔隙19-25
• 1.3.1 孔隙的形成19-21
• 1.3.2 喷射成形缺陷的改善措施和影响因素21-24
• 1.3.3 喷射成形中的气体24-25
• 1.4 喷射成形和粉末冶金在高强铝合金领域的研究现状25-29
• 1.4.1 喷射成形在高强铝合金领域的研究现状25-29
• 1.4.2 喷射成形超高强铝合金应用研究29
• 1.5 研究的目的、意义及主要内容29-32
• 1.5.1 研究的目的及意义29-30
• 1.5.2 研究方案30-31
• 1.5.3 研究的主要内容31-32
• 2 研究方案与实验方法32-37
• 2.1 实验原理32
• 2.2 实验部分32-33
• 2.2.1 非真空喷射成形7000铝合金制坯32-33
• 2.2.2 热等静压和热挤压处理33
• 2.2.3 均匀化和固溶/时效热处理33
• 2.3 测试与分析方法33-37
• 2.3.1 密度测量33-34
• 2.3.2 超声探伤34
• 2.3.3 断口分析34
• 2.3.4 组织表征34-35
• 2.3.5 化学分析35-36
• 2.3.6 晶粒及孔孔隙尺寸分析36
• 2.3.7 力学性能测试36-37
• 3 喷射成形7000系铝合金沉积坯中的孔隙分布及形成机制研究37-82
• 3.1 喷射成形7000系铝合金沉积坯中孔隙的分类37-49
• 3.1.1 搭接型孔隙37-39
• 3.1.2 气孔39-42
• 3.1.3 连通型孔隙42-47
• 3.1.4 混合型孔隙47-49
• 3.2 喷射成形7000系铝合金沉积坯中孔隙缺陷的分布49-59
• 3.3 喷射成形参数对7000系铝合金沉积坯孔隙的影响59-80
• 3.3.1 接收盘下降速度对喷射成形7000系铝合金成形性的影响60-62
• 3.3.2 偏心距对喷射成形7000系铝合金成形性和致密度的影响62-65
• 3.3.3 雾化距离对喷射成形7000系铝合金成形性和致密度的影响65-75
• 3.3.4 气液比对喷射成形7000系铝合金成形性和致密度的影响75-77
• 3.3.5 雾化气体压力喷射成形7000系铝合金沉积坯孔隙的影响77-80
• 3.4 分析与讨论80
• 3.5 本章小结80-82
• 4 喷射成形7000系铝合金沉积坯后处理研究82-122
• 4.1 热等静压处理82-89
• 4.1.1 热等静压实验参数82-85
• 4.1.2 热等静压制度对沉积坯缺陷的影响85-88
• 4.1.3 热等静压后的断口分析88-89
• 4.2 均匀化处理89-110
• 4.2.1 单级均匀化89-96
• 4.2.2 双级均匀化96-110
• 4.3 热挤压110-113
• 4.4 固溶与时效处理113-118
• 4.4.1 固溶处理113-117
• 4.4.2 时效处理117-118
• 4.5 分析与讨论118-120
• 4.6 本章小结120-122
• 5 喷射成形7000系铝合金断口及气体分析122-132
• 5.1 断口分析122-128
• 5.2 喷射成形7000系铝合金中的气体研究128-130
• 5.3 分析与讨论130-131
• 5.4 本章小结131-132
• 结论132-134
• 参考文献134-143
• 攻读博士学位期间取得的学术成果143-144
• 致谢144-145
• 作者简介145

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张永安,熊柏青,林耀军,张少明,石力开;非稳定流动对喷射成型制备圆锭成型性的影响[J];稀有金属;1999年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 陈志钢;大尺寸喷射沉积铝合金管坯的制备及楔压致密化研究[D];湖南大学;2009年

2 詹美燕;喷射沉积材料压缩和轧制变形规律研究[D];湖南大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 许文勇;喷射成形高温合金组织特性及变化规律的研究[D];北京航空材料研究院;2006年

，

本文编号：1086418