本文關(guān)鍵詞：噴射沉積連續(xù)擠壓制備Al-Zn-Mg-Cu合金及其組織與性能研究　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 噴射沉積連續(xù)擠壓 Al-Zn-Mg-Cu合金 制備 組織 性能

【摘要】：Al-Zn-Mg-Cu合金強化相種類多,比強度高,是重要的工程結(jié)構(gòu)材料。傳統(tǒng)的原材料制備方法為鑄錠冶金制坯。由于該方法冷卻速度慢,結(jié)晶溫度范圍寬,常出現(xiàn)元素偏析、低熔點共晶相粗大和縮松縮孔等缺陷,導(dǎo)致坯錠熱加工困難,易出現(xiàn)開裂和力學(xué)性能差等問題。噴射沉積連續(xù)擠壓(spray Conform,SC)技術(shù)將噴射成形技術(shù)和連續(xù)擠壓技術(shù)結(jié)合,一步實現(xiàn)從液態(tài)金屬到產(chǎn)品的近凈成形制備。本文在SC技術(shù)的研究基礎(chǔ)上,利用其制備Al-Zn-Mg-Cu合金,取得了較好的結(jié)果。在噴射成形階段,熔滴快速凝固抑制了元素的偏析,消除了粗大低熔點共晶相的析出,提高了組織與成分的均勻性。在連續(xù)擠壓階段,大塑性變形消除了沉積坯中的孔隙,并進一步細化組織,為良好的性能奠定基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容有霧化流場的變化規(guī)律、霧化器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、產(chǎn)品制備及制品的組織與性能。研究主要結(jié)論有:(1)采用FLUENT數(shù)值模擬軟件對霧化階段的流場進行模擬,包括壓力場、速度場和溫度場,為試驗提供指導(dǎo)。討論了不同霧化壓力下流場的變化規(guī)律,以及流型控制器對霧化過程的影響。壓力場、速度場和溫度場與霧化氣壓成正的對應(yīng)關(guān)系。當霧化氣壓較小時,流場易受流型控制器干擾,不利于熔滴的沉積;當霧化氣壓較大時,導(dǎo)流管出口溫度較低,駐點速度、氣流交匯中心速度和反向氣流速度峰值均較大,雙盤之間的渦流程度較劇烈,不利于熔體的流出和熔滴的收集。(2)根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果設(shè)計并驗證了 4種不同結(jié)構(gòu)的霧化器噴嘴,為SC技術(shù)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。其中,本文設(shè)計的IV型噴嘴試驗效果較好,既具有較好的霧化能力,又能使霧化熔滴具有較高的收得率。利用IV型噴嘴成功制備出外觀質(zhì)量良好的Al-Zn-Mg-Cu合金桿,合金制品的流出速度高達6～8m/min。制備過程中晶粒發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,晶粒尺寸大小約2μm;第二相細小均勻,大小為20～200nm。(3)計算并討論了氣體/熔體質(zhì)量流率(Gas to Metal Mass Flow Ratio,GMR)對SC制備過程的影響,得出GMR需控制在0.33～0.43之間。當GMR值小于0.33時,霧化不充分,霧化后的熔滴液相含量較高,沉積后形成的沉積坯因液相含量較多而在擠壓過程中無法提供足夠大的擠壓力;當GMR值大于0.43時,霧化過充分,霧化后的熔滴固相含量高,熔滴沉積后形成的沉積坯因固相含量高而與沉積基底結(jié)合不牢,導(dǎo)致坯料在輪槽內(nèi)"打滑"。(4)討論了 GMR對SC制備的Al-Zn-Mg-Cu合金的沉積坯組織、擠壓態(tài)組織、回歸再時效(Retrogression and Re-Aging,RRA)態(tài)組織與力學(xué)性能、RRA態(tài)抗應(yīng)力腐蝕性能和元素偏析的影響。沉積坯的致密度和晶粒尺寸與GMR成反的對應(yīng)關(guān)系;擠壓態(tài)合金的致密度和晶粒尺寸與GMR成反的對應(yīng)關(guān)系;RRA態(tài)合金的晶粒尺寸與GMR成反的對應(yīng)關(guān)系,抗拉強度、塑性和電導(dǎo)率均隨GMR的增大而先增大后減小。當GMR為0.4時,綜合性能良好,抗拉強度為541MPa,延伸率為19%,電導(dǎo)率為24.88MSm-1。沉積態(tài)、擠壓態(tài)和RRA態(tài)的樣品元素分布均勻,無宏觀偏析現(xiàn)象。(5)討論了擠壓比對Al-Zn-Mg-Cu合金的組織和力學(xué)性能的影響。擠壓態(tài)、RRA態(tài)和T6態(tài)合金晶粒大小與擠壓比均成反的對應(yīng)關(guān)系。RRA態(tài)和T6態(tài)合金的抗拉強度與擠壓比成正的對應(yīng)關(guān)系,塑性呈先增大后減小的趨勢。當擠壓比為30時,T6態(tài)合金抗拉強度為670MPa,延伸率為7.5%。綜上所述,利用SC技術(shù)制備的Al-Zn-Mg-Cu合金具有良好的組織,經(jīng)熱處理后具有優(yōu)異的力學(xué)性能。此外,SC是一種具有工程化潛力的技術(shù),它兼具噴射成形快速凝固的優(yōu)點和連續(xù)擠壓大塑性變形的優(yōu)點,對于高合金難成形材料的制備,具有獨特的優(yōu)勢。
[Abstract]:The main conclusions are as follows : ( 1 ) By using FLUENT numerical simulation software to simulate the flow field at the atomization stage , it is easy to avoid the segregation of the elements and to improve the uniformity of microstructure and composition . The main conclusions are as follows : ( 1 ) The flow field is easy to be disturbed by the flow type controller and the velocity of the velocity and the velocity of the reverse airflow are large , and the eddy current level between the two discs is more severe , which is not beneficial to the outflow of the melt and the collection of the molten drops . The effect of gas / melt mass flow ratio ( GMR ) on the preparation process of SC was calculated and discussed . ( 4 ) The effect of GMR on microstructure and mechanical properties of Al - Zn - Mg - Cu alloy prepared by SC was discussed .

【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.21;TG379

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本文編號：1399581