铝合金半固态坯料超塑性研究

采用熔铸—均匀化退火—挤压工艺研制al-5.60mg-0.30zr-0.07cr-0.16mn(质量分数,%)合金管材。对该合金管材进行析出退火处理后,采用热旋—退火—冷旋工艺制备薄壁旋压管。采用金相显微镜、扫描电镜、拉伸性能测试等手段研究该铝合金旋压管冷变形态与完全再结晶退火态的组织与性能,测试其超塑性能,讨论其超塑性变形与断裂行为。研究结果表明,在al-mg铝合金中加入微量锆、铬、锰,可以促使试验合金中第二相颗粒弥散分布,减小后续加工的变形不均匀性;al-5.6mg-0.30zr合金经析出退火—旋压变形后,于500℃退火1h的再结晶退火组织晶粒平均粒径小于10μm。

为获得轧制态5083铝合金超塑性变形行为的工艺参数,对超塑性变形行为及其原理进行了研究。结果表明:在300℃条件下,当应变速率为1.67×10-4s-1时,材料的伸长率最高,达到126.1%。在此条件下轧制态5083铝合金呈现良好的超塑性,材料在超塑性变形过程中表现出明显的应变软化现象,伴随有锯齿形流变现象;断裂形式为韧性断裂,断口形貌由韧窝和撕裂棱组成。该结果为轧制态5083铝合金的工业化生产提供了数据参考。

铝合金的塑性加工技术 [摘要]本文介绍了铝及铝合金的特点，介绍了铝合金在材料、性能和加工制 造方面的发展方向，讨论了铝合金的各种加工性能和环境影响，介绍了铝合金 塑性加工技术的最新进展。 [关键词]铝合金；制备；加工；塑形成形； 引言 从进入21世纪以来，世界铝及铝加工取得了迅猛的发展，铝及铝加工技术 进入了一个崭新的发展时期，并广泛应用于机械、汽车、轨道交通、船舶、建筑、 桥梁、化工、电力、电子、仪表、五金以及家庭生活用品等各个领域。而通常所 采用的压铸工艺生产的铝合金零件已达不到现有的高性能需求，且该工艺必须消 耗一定的浇口肥料，材料利用率较低，在应用上受到了一定限制。在这个背景下， 铝合金塑性加工技术越来越受到人们的重视，该技术是利用铝合金的良好塑性， 在一定的温度、速度条件下，施加各种形式的外力，克服金属对于变形的抵抗， 使其产生塑性变形，从而得到各种形状、规格尺

快速超塑性成形技术是将热冲压和超塑气胀成形集成复合的新型工艺,通过对该工艺过程研究以及对复合工模具的优化设计,采用商用供货态工业铝合金5083板材成形出了某型号乘用车的引擎盖。结果表明,这种集成复合的快速超塑性成形技术工艺先进,切实可行。

根据弹塑性热力耦合大变形有限元理论,获得热轧过程中的数值仿真模型,分析轧制过程中轧件单道次轧制的变形规律以及平均应变率、摩擦因数等参数对轧制变形的影响。计算结果表明,轧件的应变在轧制过程中逐渐增大,并且在轧件表面的应变要大于其中心应变;轧件表面在轧制入口处应变率最大,轧件中心最大应变率发生在接触区约1/3处;轧件表面应变受摩擦因数的影响较大,轧件中心处应变及整体应变率受摩擦因数影响较小。

以zr55cu30al10ni5和zr52.5al10cu15ni10be12.5块体非晶合金为研究对象,结合非晶合金超塑性成形与扩散连接工艺,用超塑性扩散连接方法在gleeble-3500热模拟机上对其进行连接实验,实现合金在超塑性变形过程中的扩散连接。对zr基非晶合金扩散连接之后接口的形貌特征进行观察和性能进行测试。结果表明,非晶合金在超塑性连接后能够获得良好的界面,且连接过程中没有发生晶化,连接之后其硬度和弹性模量均没有发生明显的变化。

采用实验方法研究国外广泛用于汽车车身板件冷冲压成形的工业牌号铝合金板材aa5182和6016的超塑性能,以及超塑变形中微观组织的演化特征。通过超塑性单向拉伸试验、材料变形前后的微观组织观察和自由胀形试验,揭示出铝合金aa5182具有一定的超塑性能,而铝合金6016的超塑性能很低。铝合金aa5182在温度为375℃、应变速率为1.67×10-3/s时,材料的延伸率达到210%,m值达到0.25;在温度为500℃、应变速率为1.67×10-2/s时,材料延伸率达到225%,m值达到0.35。

采用gleeble3800热模拟试验机,对近液相线半连续铸造方法制备的6063铝合金半固态坯料进行了热模拟压缩试验,变形温度为888～903k,应变速率为0.1～5.0s-1,研究了变形温度和应变速率对变形行为的影响。结果表明,半固态铝合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。变形温度和应变速率对峰值应力的影响较稳态应力显著。合金触变压缩流变应力的双曲正弦对数项与热力学温度倒数之间满足线性关系,流变应力与流变速率之间满足双曲正弦关系式。以半固态触变压缩试验结果为基础,建立了6063铝合金的半固态本构关系:σ=e(35.3183-0.03651t)ε-0.07075ε0.05982,通过计算结果与试验结果的比较可知,该模型具有较高的精度。

采用高温拉伸实验并结合金相分析的方法,研究了微量v元素对5083铝合金超塑性影响.结果表明,微量v可以使5083合金中变形后的纤维组织更加细小均匀,抑制合金再结晶过程晶粒的长大,进而提高5083铝合金的超塑性.传统5083铝合金与加入微量v,5083铝合金轧制板材经500°c一定时间的热处理后,再结晶晶粒尺寸分别为10和20m,5083合金板材505°c～515°c下的延伸率由208%提高到254%.

为提供试验依据,应用ia软件计算零件毛料尺寸,导入msc.marc软件模拟超塑差温拉深,并依据模拟结果优化毛料尺寸。模拟中温度分若干梯度,假定材料同梯度内同力学性能,利用二次开发将各梯度材料本构关系植入模拟,获得5083铝合金支架超塑差温拉深成形工件及壁厚分布,其结果与试验吻合良好,且较恒温拉深理想。讨论了成形温度梯度宽对差温拉深模拟结果的影响。

首先利用有限元逆向法模拟得到一个毛坯的初始形状,然后对其进行充液成形过程数值模拟,根据成形模拟情况对其尺寸进行优化,并进行了实验验证。结果表明,该零件合理的毛坯形状为圆形,数值模拟和实验结果符合较好。

本文以镁合金zk60和铝合金7a04为研究对象,采用加入中间层锌的方式对mg/al异种材料进行了扩散焊接试验,试验焊接条件在非真空环境下,焊接设备及条件相对简单,具有很高的实际工业生产利用价值。探索性的总结出一些影响镁铝扩散焊接的因素以及有利80min～120min能得到良好的扩散焊接头。

超塑性的概念及发展状况；实现超塑性的一般途径；概括总结超塑性在金属材料塑性加工工程中的应用，包括超塑性挤压成形，模锻成形，气胀成形，超塑性拉深等；总结超塑性在材料加工中的优势及不足。

中南大学塑性加工铝合金板轧制设计

金属半固态成形技术因具有许多突出优势而被广泛研究。作为金属半固态成形技术的延伸和发展,触变挤压成形双层复合管具有重要的价值和意义,其中环状和棒状坯料制备和二次加热是触变挤压成形双层复合管的关键技术。因a356铝合金和az91镁合金的半固态成形技术研究相对比较成熟,所以选用这两种材料作为双层管的外层和内层材料。本研究首先利用专门设计制造的制坯模制备了一系列不同尺寸的半固态棒状坯料和环状坯料,然后利用电阻炉对制备的棒状坯料和环状坯料进行二次加热,探讨半固态棒状坯料和环状坯料的加热规律。

cfrp管具有轻质高强的特点,适合于建造大跨度空间网格结构,但其破坏呈脆性,且以节点连接破坏为主,不能充分发挥cfrp材料的优点,为此建议将cfrp与铝合金组合形成cfrp-铝合金组合管来改善其受力性能和构件连接性能。首先对cfrp-铝合金组合长管进行了轴心受压稳定试验研究,得到其基本受力性能与破坏模式。利用有限元方法对组合管的特征值屈曲进行分析,研究不同cfrp铺层角度、厚度和顺序的影响。根据特征值屈曲的分析结果,引入初始几何缺陷,对组合管进行了弹塑性屈曲分析,并将分析结果与试验结果进行了对比,确定了有限元分析模型的合理性,进一步研究了不同长细比、铺层角度和厚度对组合管弹塑性稳定性能的影响机理。最后基于试验结果与数值分析结果,通过修正perry稳定计算公式,得到了cfrp-铝合金组合长管屈曲荷载的计算公式。

采用镍箔作为中间过渡层,在真空下对tc4钛合金与1cr18ni9ti不锈钢进行了微细晶超塑性扩散连接。通过扫描电镜、x射线衍射及剪切强度试验等方法,对连接接头进行了微观分析和剪切强度测试。结果表明:采用镍箔作中间过渡层,能有效地防止铁与钛、碳间的相互扩散和迁移,避免界面上更多的金属间化合物产生,从而提高了接头性能。在连接温度为790℃、连接压力为3mpa,连接时间为30min的条件下,可获得钛合金与不锈钢的牢固连接,接头剪切强度可达131.1mpa,且试样无明显变形。

据扬州大学机械工程学院近期称,在陈荣发教授的指导下,以研究生刘韬为首的研制团队经过2年的研发,终于研制成功半固态成形的稀土铝合金内燃机连杆,并取得2项专利。稀土铝合金有很好的轻量化效果,与半固态成形技术相结合,并继之以真空热处理,使连杆具有很好的冶金组织,因而其力学性能既高又稳定,同时与传统的连杆相比,新产品的生产成本也有所下降。连杆是汽车重要零件之一,采用新工艺制造的稀土铝合金连杆在汽车工业有着广阔的应用前景,市场潜力大。

研究了用喷雾沉积工艺制造触变性半固态a356铝合金坯料,然后在自行研制的中频感应穿透加热装置中进行二次加热,再将处于半固态的合金锭料压铸成形的工艺方法。用该合金试制了上海通用汽车公司buick车从动链轮支架压铸件,经x射线探伤和金相组织观察表明,压铸件内部显微组织均匀致密,无气孔、偏析等缺陷,力学性能优于普通压铸件。

综述了金属超塑性的研究进展。在系统总结金属超塑性的实现条件、影响因素和变形机制的基础上,对金属超塑性的研究进行了展望。

介绍半固态铝合金的各种制备工艺,分析了近液相线半连续铸造法制备半固态铝合金的现状与发展趋势,探讨半固态初生球状晶形成机理的研究现状,指出近液相线半连续铸造法具有广阔的应用前景。

研究非典型等轴细晶的两种不同轧制变形量的ti3al基合金热轧板的超塑性变形行为及其变形前后的显微组织。研究结果表明:该合金在超塑性变形过程中组织会转化为有利于超塑性的细小等轴组织。其在变形温度为940～1020℃,应变速率为2×10-4～2×10-3s-1时具有良好的超塑性,其最大伸长率可达859.5%,应变速率敏感指数达0.43,该合金超塑性变形的主要机制是晶界滑动,而且这种非典型等轴细晶条件下超塑性变形时晶内变形以及位错蠕变所起的作用比在等轴细晶态组织条件下的作用更为显著。对非典型等轴细晶的ti3al基合金热轧板,无需进行复杂热处理,也可以获得良好的超塑性,更具有工业意义。