【摘要】：7075鋁合金因其具有的優(yōu)異力學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。觸變成形利用材料在半固態(tài)時(shí)具有的觸變性可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件的近凈成形,有效的避免傳統(tǒng)加工方式的繁瑣流程和機(jī)械加工對(duì)原材料造成的浪費(fèi)。本論文研究了7075鋁合金在不同二次加熱工藝參數(shù)下的微觀組織演變,對(duì)加熱過(guò)程中的近球狀晶粒形成機(jī)制進(jìn)行了討論。通過(guò)等溫壓縮試驗(yàn)研究了 7075鋁合金的高溫變形行為和高固相率下的觸變行為,并結(jié)合變形過(guò)程中的微觀組織特征對(duì)材料流動(dòng)行為進(jìn)行了分析,針對(duì)高溫溫度和半固態(tài)溫度分別建立了對(duì)應(yīng)的本構(gòu)模型,采用Deform-3D對(duì)半固態(tài)溫度下的壓縮進(jìn)行了模擬,驗(yàn)證了模型的有效性。二次加熱的目的是為了獲得滿足觸變成形要求的近球狀的晶粒組織。本研究采用擠壓態(tài)的7075鋁合金作為原材料,研究了不同二次加熱參數(shù)對(duì)組織演變的影響和球狀晶粒的形成機(jī)制。結(jié)果表明,液相的形成對(duì)球狀晶粒的形成有著很大的促進(jìn)作用,當(dāng)保溫溫度為550℃保溫時(shí)間為5 min時(shí),近球狀晶粒在液相聚集的晶界處形成;隨著溫度升高液相含量增多,滲透進(jìn)入到更多未再結(jié)晶晶粒的晶界處,通過(guò)潤(rùn)濕不規(guī)則的晶界使得晶粒球化,促進(jìn)了再結(jié)晶的進(jìn)行和更多近球狀晶粒的形成。在半固態(tài)溫度時(shí),隨著保溫溫度的升高和保溫時(shí)間的增加,平均晶粒尺寸增加,晶粒的圓整度提高。較快的加熱速率下,材料在較高的變形儲(chǔ)存能的作用下形成較多的形核中心,使晶粒尺寸得到細(xì)化。因此將擠壓態(tài)的7075鋁合金直接加熱到半固態(tài)溫度區(qū)間,可以獲得近球狀晶粒組織并用于觸變成形。通過(guò)高溫溫度和半固態(tài)溫度下的壓縮試驗(yàn),分析了不同參數(shù)下的材料流動(dòng)行為和微觀組織演變規(guī)律,針對(duì)高溫和半固態(tài)溫度分別建立了對(duì)應(yīng)的本構(gòu)模型。研究發(fā)現(xiàn),高溫下的壓縮過(guò)程包含加工硬化和穩(wěn)態(tài)變形兩個(gè)階段,半固態(tài)階段則包含加工硬化,流變軟化和穩(wěn)態(tài)變形三個(gè)階段。微觀組織分析表明在壓縮試樣的邊緣存在液相偏析,在較高應(yīng)變速率下,出現(xiàn)多個(gè)峰值應(yīng)力現(xiàn)象,是因?yàn)橐合嗖荒軈R集到一起形成流動(dòng)路徑,因此不能很好的協(xié)調(diào)固相的大變形。針對(duì)7075鋁合金在高溫溫度建立了本構(gòu)模型,峰值應(yīng)力的計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值實(shí)現(xiàn)了很好的擬合;針對(duì)半固態(tài)溫度建立了經(jīng)驗(yàn)本構(gòu)模型,利用Deform-3D有限元軟件模擬了材料的觸變壓縮過(guò)程,對(duì)7075鋁合金半固態(tài)溫度的本構(gòu)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,在590℃時(shí),模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以較好的擬合。本論文的研究,對(duì)7075鋁合金半固態(tài)坯料制備過(guò)程的組織演變和球狀晶粒的形成機(jī)制的分析,對(duì)觸變成形過(guò)程的微觀組織演變和力學(xué)模型的研究可以為后續(xù)7075鋁合金二次加熱工藝參數(shù)的確定和優(yōu)化,為觸變成形過(guò)程中固/液相流動(dòng)變形機(jī)制的進(jìn)一步分析提供參考。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.21
【圖文】：

具的熱沖擊，提高了模具的使用壽命；３）成形過(guò)程更加潔凈、高效；４）材料在逡逑半固態(tài)時(shí)具有一定的流動(dòng)性，可成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工件［４］。逡逑圖１－１所示為鑄態(tài)合金和半固態(tài)合金的微觀組織，可以看出，和鑄態(tài)合金的逡逑枝晶組織不同，半固態(tài)合金的微觀組織為液相包裹的近球狀晶粒組織。這種在半逡逑固態(tài)溫度下由液相包裹的近球狀晶粒組織，相比樹枝狀晶粒組織在變形時(shí)具有更逡逑小的流動(dòng)抗力，可以更好地充填模具型腔，可在較小的成形力下成形，由于其可逡逑在較低的成形力下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工件的近凈成形，而且性能優(yōu)于傳統(tǒng)鑄件，在工業(yè)上逡逑具有很好的應(yīng)用前景。目前，對(duì)半固態(tài)成形技術(shù)的研宄領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，除了鋁合逡逑金［５，６］之外，鎂合金［７，８］，鋼鐵［９＿１１］和金屬基復(fù)合材料［＆１４］的半固態(tài)成形也得到了逡逑廣泛的研究。逡逑＿＿逡逑圖１－１金屬合金的金相圖片：（ａ）鑄造態(tài)枝晶組織，（ｂ）半固態(tài)球狀晶粒組織［１５］逡逑１．２半固態(tài)成形技術(shù)逡逑圖１－２所示為金屬半固態(tài)加工的技術(shù)路線圖

充分破壞樹枝狀的初生固相，得到一種在液態(tài)金屬溶液中均勻地懸浮著一定球狀逡逑初生固相的固－液混合漿料，即流變漿料，利用這種流變漿料直接進(jìn)行成形，如逡逑壓鑄、擠壓和軋制［１７］。圖１－３為流變成形工藝路線的溫度變化特征，包含流變漿逡逑料制備和流變成形兩個(gè)過(guò)程。逡逑ｒ邋＋逡逑氣 逡逑ｔ逡逑圖１－３流變成形工藝路線的溫度變化特征：ａ－流變菜料制備，ｂ－流變成形［１８］逡逑半固態(tài)流變成形將半固態(tài)漿料直接成形，具有流程短、成本低、生產(chǎn)效率逡逑高和適用半固態(tài)加工合金范圍大等優(yōu)點(diǎn)。但是變漿料的保存和輸送很不方便，逡逑在實(shí)際應(yīng)用中受到較大的限制。近年來(lái)國(guó)外的一些研宄者們通過(guò)改善工藝步驟逡逑和開發(fā)一些新型的設(shè)備在流變鑄造領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展［１９］。逡逑３逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2717898