鋁合金的微觀組織是決定其綜合性能的主要因素,在熱變形過程中,材料在熱力耦合作用下,微觀組織結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化,形成新的變形組織,通常會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。影響微觀組織演變的因素主要有變形溫度、變形速率和變形量。因此,如何通過控制熱變形參數(shù),來(lái)達(dá)到精確調(diào)控微觀組織及提高材料綜合性能的目的,已成為材料加工領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向�，F(xiàn)代航空工業(yè)對(duì)高性能鋁合金的綜合性能提出了更高的要求,飛機(jī)上所用的鋁合金大鍛件在成型過程中,成性的重要性遠(yuǎn)大于成型。通過研究熱變形過程中的組織演變規(guī)律來(lái)精確調(diào)控材料的微觀組織,對(duì)提高材料的綜合性能具有重要的意義。近年來(lái),隨著計(jì)算材料學(xué)的快速發(fā)展,通過建立數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬材料的熱變形行為已成為一種重要的研究手段。本文以7085鋁合金為研究對(duì)象,通過位錯(cuò)密度將微觀組織演變與宏觀變形過程聯(lián)系起來(lái),建立了模擬7085鋁合金初始組織生成和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程的元胞自動(dòng)機(jī)模型,實(shí)現(xiàn)了 7085鋁合金熱變形過程的微觀組織模擬,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。參考鋁合金熱變形實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù),確定了熱模擬實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)范圍,實(shí)驗(yàn)溫度范圍為300～460°C、變形速率范圍為0.001～1s-1,應(yīng)變范圍為0.51～1.5。在Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)上,對(duì)7085鋁合金開展等溫壓縮實(shí)驗(yàn),獲得了應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并對(duì)變形后的試樣進(jìn)行組織分析,統(tǒng)計(jì)平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)。研究了 7085鋁合金在不同熱變形條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和組織演變規(guī)律。根據(jù)晶粒長(zhǎng)大的物理機(jī)制,制定了四條元胞轉(zhuǎn)變規(guī)則,建立了模擬晶粒正常長(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型。該模型可以根據(jù)輸入的平均晶粒直徑輸出對(duì)應(yīng)的初始組織,晶粒的形狀為等軸狀,晶粒尺寸基本符合正態(tài)分布。對(duì)均勻化試樣進(jìn)行組織分析,結(jié)果證實(shí),模擬得到的初始組織與實(shí)驗(yàn)得到的組織吻合較好�；谖诲e(cuò)密度的分布函數(shù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程,以位錯(cuò)密度的大小為判據(jù),建立了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶元胞自動(dòng)機(jī)模型,該模型可以再現(xiàn)再結(jié)晶晶粒的形核和長(zhǎng)大過程。采用MATLAB語(yǔ)言開發(fā)組織模擬核心程序,采用Python語(yǔ)言開發(fā)統(tǒng)計(jì)晶粒尺寸的腳本程序。利用該模型模擬了不同熱變形參數(shù)下的組織演變,并統(tǒng)計(jì)變形后組織的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù),然后用組織分析得到的平均晶粒直徑對(duì)模型進(jìn)行修正。用修正后的模型研究了變形溫度、變形速率、變形量對(duì)7085鋁合金微觀組織演變的影響。采用Gleeble等溫壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明:該模型能很好地模擬7085鋁合金熱變形過程中組織的演變過程,模擬得到的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)與組織分析統(tǒng)計(jì)得到的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)變化趨勢(shì)一致,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)7085鋁合金熱變形過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程的模擬及平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè),根據(jù)模擬結(jié)果可為優(yōu)化熱變形工藝參數(shù)提供參考。
【學(xué)位單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.21
【部分圖文】：

為了降低飛機(jī)自身的結(jié)構(gòu)重量，鋁合金在航空工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，飛機(jī)上大約??有７０％的零件采用鋁合金制造。鋁合金因?yàn)榫哂忻芏鹊�、比�?qiáng)度高、可焊接、成形性??好、回收率高等優(yōu)點(diǎn)，使得鋁合金成為了一種較為理想的航空制造材料［４］。圖１．１是??美國(guó)鋁業(yè)公司公布的鋁合金鍛件在Ｆ－３５上的應(yīng)用，從圖中可以看出，飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)??件隔板、翼梁和翼助都是采用鋁合金鍛件制造。鋁合金制造的零件在飛機(jī)、高鐵和船??舶上的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多，鋁合金己經(jīng)成為交通運(yùn)輸行業(yè)中不可缺少的材料之一。采??用鋁合金制造的結(jié)構(gòu)件具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一、減重和節(jié)能效果好。鋁合金的密度只??有鋼的１／３，且導(dǎo)熱性能好，表面生成的氧化膜能耐腐蝕。二、鋁合金方便回收。因??為鋁合金零件在使用過程中幾乎不發(fā)生腐蝕，所以鋁合金的回收率是很高的。因此，??、?未來(lái)鋁合金市場(chǎng)需求巨大。下面詳細(xì)介紹７ｘｘｘ系鋁合金的研究現(xiàn)狀。??１??

驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法??研究技術(shù)路線圖??通過參考７０８５鋁合金實(shí)際熱加工過程的工藝參數(shù)范圍確定模擬和實(shí)驗(yàn)的工圍。將７０８５鋁合金鑄錠經(jīng)充分均勻化后機(jī)加工成熱壓縮試樣，在不同熱變進(jìn)行熱壓縮實(shí)驗(yàn)。通過熱壓縮實(shí)驗(yàn)可以獲得應(yīng)力－應(yīng)變曲線，對(duì)熱壓縮后的組織分析可以獲得變形試樣的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)。建立初始組織生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型，通過組織分析統(tǒng)計(jì)變形前試樣的平均晶粒直徑，并將其輸織生產(chǎn)模型，模擬輸出變形前的初始組織。將初始組織和變形參數(shù)輸入動(dòng)態(tài)型，模擬熱變形過程中的組織演變，并對(duì)最終的變形組織進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分為兩類：一類用于修正模型，驗(yàn)證模型。??熔鑄７０８５鋁合金??

?０．１３?Ｂａｌ．??標(biāo)準(zhǔn)?０．０４?１．３－２．０?０．０８?０．０４?１．２￣１．８?０．０６?０．０６?７．０－８．０?０．０８？０．１５?Ｂａｌ．??如圖２．２所示，扁錠尺寸為１７５?ｍｍ?ｘ?２５５?ｍｍ?ｘ?４０ｍｍ。由于扁錠尺寸較大，在??均勻化的過程中容易導(dǎo)致表面和心部受熱不均勻，淬火過程中表面和心部冷卻速度相??差較大。為了使試樣均勾化程度更充分，在扁淀靠中間位置�、伲保�?ｍｍ?ｘ?２５５?ｍｍ的??長(zhǎng)圓柱試樣進(jìn)行均勻化，均勾化后將其加工成①１０?ｍｍ?ｘ?１５?ｍｍ的熱壓縮試樣。??１７５?ｍｍ?ｘ?２５５?ｎｉｍ?ｘ?４０?ｍｍ?０１２?ｍｉｎ?ｘ?２５５?ｍｉｎ?０１?〇?ｍｎｉ?ｘ?１５?ｎｉｍ??圖２．２熱壓縮試樣制備示意圖??２．２．２均勻化熱處理??均勻化熱處理的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為馬弗爐，均勻化之前在扁錠中央取樣做ＤＳＣ實(shí)驗(yàn)，??ＤＳＣ曲線如圖２．３所示。起始點(diǎn)溫度為４７２．４°Ｃ，為了防止過燒，選用的均勻化溫度??為４６８?°Ｃ，均勻化時(shí)間為３６ｈ。均勻化過程中，用熱電偶對(duì)爐溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，溫度??控制在４６８?°Ｃ±２?°Ｃ范圍內(nèi)。為了防止析出相的產(chǎn)生，均勻化熱處理完畢后，迅速將??１４??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2837387