本文關(guān)鍵詞：超聲輔助半固態(tài)攪拌摩擦加工工藝機理及組織演變

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【摘要】：細晶強化是目前常用的金屬材料強化手段之一，也是唯一能同時提高強度和塑性的方法。攪拌摩擦加工（FSP）是一種新興的嚴重塑性變形材料加工方法，目前已成功利用該技術(shù)將晶粒尺寸細化到微米級別，但單純利用FSP進一步細化晶粒存在較大難度。因此，本課題提出一種超聲輔助半固態(tài)攪拌摩擦加工（UASFSP）的復(fù)合工藝方法，并對其工藝機理進行了研究。 本課題采用ZL101鋁合金作為研究材料，利用ANSYS進行了UASFSP數(shù)值模擬，確定了超聲最佳振動頻率為24000-25500Hz，最佳振動位置為：振動源位置可調(diào)節(jié)時，應(yīng)保持焊核區(qū)位于振動源邊沿處；當(dāng)振動源位置無法移動時，焊縫中間位置B可以作為恒定振動源位置。 采用測溫試驗確定了可以實現(xiàn)SFSP的加工工藝參數(shù)，在n=2000r/min，加工速度分別為v=5mm/min、v=10mm/min、v=15mm/min時，焊核區(qū)可以達到半固態(tài)狀態(tài)，其處在半固態(tài)溫度區(qū)間的時間為73s、32s、20s。研究了水冷對SFSP的影響，發(fā)現(xiàn)在試驗參數(shù)n=2000r/min，v=5mm/min時相較于普通SFSP試樣，水冷SFSP軸肩影響區(qū)和焊核區(qū)的過渡更加平緩，晶粒尺寸的變化相對降低，焊核區(qū)晶粒細化程度增加。通過對水冷SFSP試樣的硬度測試發(fā)現(xiàn)，加工區(qū)域的硬度總體上要小于母材區(qū)，但其變化幅度要明顯小于母材區(qū)，加工區(qū)域存在加工缺陷。 通過聚苯乙烯顆粒-水模型及沙形振動物理試驗對空化效應(yīng)規(guī)律及最佳振動源位置進行了研究。發(fā)現(xiàn)超聲空化效應(yīng)的影響范圍及空化效應(yīng)強度，隨著電磁攪拌器旋轉(zhuǎn)速度的增加而增大，隨著聚苯乙烯顆粒濃度的增加而減弱；在沙形振動試驗中振動源的位置應(yīng)位于試板邊緣中心位置。 在前述模擬及實驗的基礎(chǔ)上，進行了UASFSP試驗。工藝參數(shù)為n=2000r/min，v=5mm/min，加載的振動源功率分別為1000W、1400W、1800W，同時進行噴水強冷。發(fā)現(xiàn)當(dāng)超聲功率為1000W時，加工區(qū)域存在超聲擾流區(qū)域，超聲擾流區(qū)域的晶粒細化程度強于焊核區(qū)，硬度相較普通SFSP變化不大；隨著超聲功率的增加焊核區(qū)與超聲擾流區(qū)融合，焊核區(qū)面積增加，焊核區(qū)晶粒細化程度增加，，加工缺陷消失，焊核區(qū)硬度增加。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動 半固態(tài) 攪拌摩擦加工 組織演變 工藝優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG66
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 攪拌摩擦加工概述13-16
• 1.2.1 攪拌摩擦加工原理13
• 1.2.2 攪拌摩擦加工的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 超聲振動在半固態(tài)材料成形中的應(yīng)用16-18
• 1.3.1 半固態(tài)材料成形的原理16
• 1.3.2 超聲空化效應(yīng)的原理16
• 1.3.3 超聲振動半固態(tài)成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 超聲振動在 FSW/FSP 中的應(yīng)用18-20
• 1.4.1 超聲輔助 FSW/FSP 的原理18-19
• 1.4.2 超聲輔助 FSW/FSP 的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 課題科學(xué)思維及研究內(nèi)容20-22
• 第2章 超聲輔助半固態(tài)攪拌摩擦加工耦合場的數(shù)值模擬22-37
• 2.1 ANSYS Workbench 及耦合場分析簡介22-24
• 2.2 材料的工程數(shù)據(jù)及攪拌摩擦加工模型建立24-25
• 2.2.1 ZL101 工程參數(shù)24
• 2.2.2 攪拌摩擦加工幾何模型建立24-25
• 2.2.3 網(wǎng)格劃分及邊界條件25
• 2.3 SFSP 溫度場模擬25-29
• 2.3.1 熱源模型的建立25-27
• 2.3.2 邊界條件及熱源的施加27
• 2.3.3 溫度場模擬結(jié)果27-29
• 2.4 SFSP 應(yīng)力場模擬29-31
• 2.4.1 邊界條件及應(yīng)力的施加29-30
• 2.4.2 SFSP 應(yīng)力場模擬結(jié)果30-31
• 2.5 SFSP 模態(tài)分析模擬31-33
• 2.5.1 SFSP 模態(tài)分析參數(shù)設(shè)定31
• 2.5.2 SFSP 模態(tài)分析模擬結(jié)果31-33
• 2.6 SFSP 諧響應(yīng)分析模擬33-36
• 2.6.1 SFSP 諧響應(yīng)分析參數(shù)設(shè)定33
• 2.6.2 SFSP 諧響應(yīng)分析模擬結(jié)果33-36
• 2.7 本章小結(jié)36-37
• 第3章 半固態(tài)攪拌摩擦加工的實現(xiàn)37-46
• 3.1 SFSP 溫度場檢測及試驗參數(shù)的確定37-41
• 3.1.1 試驗方案37-38
• 3.1.2 試驗結(jié)果38-41
• 3.2 SFSP 材料微觀組織及力學(xué)性能41-45
• 3.2.1 SFSP 材料微觀組織演化41-44
• 3.2.2 SFSP 材料力學(xué)性能研究44-45
• 3.3 本章小結(jié)45-46
• 第4章 超聲輔助半固態(tài)攪拌摩擦加工的試驗研究46-64
• 4.1 空化效應(yīng)物理試驗46-55
• 4.1.1 聚苯乙烯顆�！Ｐ湍M46-53
• 4.1.2 沙形振動模擬試驗53-55
• 4.2 試驗方案55-56
• 4.3 UASFSP 對材料顯微組織的影響56-61
• 4.4 UASFSP 對材料力學(xué)性能的影響61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-64
• 結(jié)論64-66
• 參考文獻66-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)術(shù)論文70

【參考文獻】

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本文編號：621148