【摘要】：如何實現(xiàn)鋁合金大寬展省力低成本高效擠壓，是高速列車、地鐵、大型運輸飛機、魚雷、導彈和艦艇等領域高性能輕量化大寬板成形制造的迫切需求，也是國際先進塑性成形前沿領域挑戰(zhàn)性難題。為此，本文提出了將分流擠壓、等通道轉(zhuǎn)角晶粒破碎細化擠壓和省力扁擠壓筒擠壓相結合，實現(xiàn)高性能輕量化鋁合金省力高效大寬展擠壓的新原理。論文以6005A鋁合金為研究對象，以鋁合金熱變形行為和組織演化研究為基礎，采用計算機建模數(shù)值仿真與理論分析、實驗研究相結合的方法，對鋁合金寬板扁擠壓筒等通道轉(zhuǎn)角分流(Portholes-equal channel angular pressing(P-ECAP))大寬展擠壓原理與模具實現(xiàn)方式、宏微觀變形特征和焊合質(zhì)量進行了深入系統(tǒng)的研究,取得了以下主要研究結果。 通過熱模擬壓縮實驗研究獲得了6005A鋁合金在溫度300℃~500℃時，應變?yōu)?.69~1.39，應變速率為0.01s-1~10s-1時的應力應變關系以及微觀組織特征。研究發(fā)現(xiàn)在溫度高于350℃時流動應力在應變約為0.2時達到穩(wěn)態(tài)，但溫度低于350℃時直到應變達0.7其應力仍處于下降狀態(tài)，且應力值在350℃~500℃和300℃~350℃溫度區(qū)間有較大的不同。在兩溫度區(qū)間分別基于Arrhenius方程建立了相應的系數(shù)和變形激活能。6005A鋁合金在熱壓縮變形中在一定條件下發(fā)生了動態(tài)再結晶，在低溫350℃時再結晶不明顯，在溫度為350℃~500℃時，再結晶現(xiàn)象明顯。通過定量金相數(shù)據(jù)回歸得到了再結晶現(xiàn)象明顯的溫度區(qū)間的臨界方程、晶粒尺寸方程和再結晶體積分數(shù)50%時的應變方程。 分析了傳統(tǒng)分流焊合擠壓、等通道轉(zhuǎn)角晶粒破碎細化擠壓、金屬流動性好并且省力的扁擠壓筒擠壓的特點，并結合其優(yōu)點集成創(chuàng)新，提出了扁擠壓筒等通道轉(zhuǎn)角分流大寬展擠壓實現(xiàn)高性能輕量化鋁合金大寬板省力高效成形制造的新原理。通過分析新原理的金屬流動過程論證了其可行性，并發(fā)明了實現(xiàn)新原理的組合模具及裝置；通過對幾何模型、材料模型、網(wǎng)格劃分與優(yōu)化、邊界條件等處理，建立了6005A鋁合金等通道轉(zhuǎn)角分流大寬展擠壓有限元模型，通過縮比實驗研究擠壓載荷、溫度和微觀組織，驗證了模型的宏微觀模型的可靠性。為實現(xiàn)等通道轉(zhuǎn)角分流大寬展擠壓宏微觀預測奠定了基礎。 深入研究了擠壓比λ、焊合腔深度d、通道轉(zhuǎn)角α、擠壓溫度T和擠壓速度v對扁擠壓筒等通道轉(zhuǎn)角分流大寬展擠壓的宏觀變形特征的影響規(guī)律，據(jù)此分析優(yōu)化了模具結構及其參數(shù)；結果表明，最優(yōu)模具結構為擠壓比14.0，通道轉(zhuǎn)角145°，焊合腔深度150mm。不同工藝條件下的擠壓載荷為60~80MN，所需的擠壓機級別較傳統(tǒng)擠壓方法擠壓同規(guī)格的寬板有明顯的省力效果。研究了坯料預熱溫度T和擠壓速度v對再結晶體積分數(shù)、再結晶晶粒尺寸及晶粒尺寸的影響規(guī)律。寬板的再結晶體積分數(shù)接近100%，寬板晶粒尺寸為15.7μm~19.9μm，較傳統(tǒng)方法有效降低；通過金相分析揭示了6005A鋁合金在熱擠壓過程發(fā)生了晶粒細化。實現(xiàn)了細晶粒寬板的省力低成本高效擠壓。 通過理論分析扁擠壓筒等通道分流大寬展擠壓焊合過程中的主要影響因素，設計了高溫壓力焊合實驗及其裝置；系統(tǒng)研究了溫度、時間和壓力對6005A鋁合金可焊合性的影響，分析了焊縫的微觀組織和抗拉極限強度，結果表明，可焊合性與壓力、時間和溫度成三元一次線性正比關系，以此為基礎建立了分流焊合強度預測公式；結合有限元仿真，通過研究焊合面上的溫度、靜水壓力和焊合時間，利用分流焊合的強度預測公式，預測了擠壓工藝參數(shù)的可行域并進行了實驗驗證。通過優(yōu)化，擠出寬板的焊縫強度為265.9MPa，不含焊縫的縱向強度為315MPa，明顯提高了寬板的性能和質(zhì)量。
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【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG379

【參考文獻】

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本文編號：2365101