本文關(guān)鍵詞：半固態(tài)粉末軋制7050鋁合金帶材的工藝及過程原理研究

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【摘要】：本文提出了一種新型金屬帶材近凈成形技術(shù)—半固態(tài)粉末軋制(SSPR)。它結(jié)合了半固態(tài)軋制和粉末軋制的優(yōu)點(diǎn),為金屬帶材提供了一種新的節(jié)能節(jié)材、短流程、高性能的制備方法。目前國內(nèi)外還未見關(guān)于半固態(tài)粉末軋制的研究。本文針對半固態(tài)粉末軋制這一技術(shù)本身所具有的特點(diǎn),借鑒半固態(tài)軋制、粉末軋制和噴射軋制中較為成熟的理論,采用工藝實(shí)驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法,揭示主要工藝參數(shù)與帶材顯微組織特征和力學(xué)性能之間的關(guān)系,分析軋制過程中帶材的顯微組織演變規(guī)律、結(jié)合機(jī)制、成形及致密化機(jī)理等,旨在為該技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。本文將半固態(tài)粉末軋制分為三個部分:(1)半固態(tài)粉末的制備;(2)半固態(tài)粉末的軋制;(3)帶材的后處理。以7050鋁合金為例,研究內(nèi)容包括粉末的加熱溫度、保溫時間和粉末粒度對帶材質(zhì)量的影響;其次是半固態(tài)粉末的軋制過程,涉及到顯微組織演變、粉末的結(jié)合機(jī)制、致密化規(guī)律和變形機(jī)制、氧化過程和氧化物對帶材的影響,以及凝固、變形、致密化的協(xié)同關(guān)系;最后研究了半固態(tài)粉末軋制帶材的三種后處理工藝:燒結(jié)、 預(yù)燒結(jié)—冷壓變形—再燒結(jié)‖和熱軋。結(jié)果表明;加熱溫度和粉末平均粒度是影響帶材質(zhì)量的兩個重要參數(shù),使用平均粒度為75、104、147、270μm的粉末制備的帶材都能達(dá)到較高的相對密度(90%)和顯微硬度(~170 HV)。粉末越粗,要制備出相對密度大于90%的帶材所需的液相就越少,但是顯微硬度要比在同等條件下用細(xì)粉制備的帶材要低且晶粒較粗。對于平均粒度為75μm的粉末而言,最佳的加熱溫度為625-640°C;而對于平均粒度為270μm的粉末,最佳加熱溫度是585-625°C。用細(xì)粉制備的帶材,抗拉強(qiáng)度較低(~400 MPa),延伸率較高(~13%),斷裂機(jī)制為韌性斷裂;而用粗粉制備的帶材,抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)~500 MPa,延伸率較低為~10%,斷裂機(jī)制為混合斷裂。通過分析不同粉末粒度對應(yīng)的軋制力和計(jì)算孔隙的內(nèi)壓,可知粉末平均粒度影響帶材相對密度的原因主要有三個:第一,細(xì)粉的受力和變形要小于粗粉的;第二,細(xì)粉的平均界面數(shù)多從而阻礙液相的流動和對孔隙的填充;第三,液相的提前凝固是造成相對密度低的主要原因,而細(xì)粉的平均凝固時間要低于粗粉的。采用突然終止軋制法研究了半固態(tài)粉末軋制的顯微組織演變,可將半固態(tài)粉末軋制分為4個區(qū):供料區(qū)、咬入?yún)^(qū)、致密化區(qū)、帶材區(qū)。當(dāng)液相體積分?jǐn)?shù)低于10%時,液相被封閉并孤立在粉末顆粒內(nèi)部,當(dāng)液相體積分?jǐn)?shù)高于10-20%時,液相在顆粒間相互連通形成搭接。根據(jù)液相分布的不同,半固態(tài)粉末主要通過三種結(jié)合機(jī)制發(fā)生冶金結(jié)合:第一種是熱軋致密化,它與液相體積分?jǐn)?shù)無關(guān);第二種是再結(jié)晶,它只發(fā)生在液相體積分?jǐn)?shù)低于10%的情形且滿足特殊位相差的粉末顆粒邊界處;第三種是液相的流動和填充,它只發(fā)生于液相體積分?jǐn)?shù)高于10-20%的情況。由于在半固態(tài)溫度下軋制有必要分析氧對帶材的影響,結(jié)果表明氧化物顆粒與基體的結(jié)合好且均勻分布時才能對力學(xué)性能起到正面作用,反之則會起到不利作用。而熱軋不僅是有效的后處理工藝,還能有效強(qiáng)化氧化物顆粒與基體間的結(jié)合。借鑒多孔材料熱軋的致密化過程得知,半固態(tài)粉末軋制的致密化過程也可以根據(jù)相對密度變化分為三個階段且第一階段和第三階段的相對密度值要高于熱軋的。致密化機(jī)制有粉末顆粒的重排與重新堆積、液相的流動與填充、變形。根據(jù)溶滴撞擊基板的模型,推導(dǎo)出變形應(yīng)變與相對密度的關(guān)系式,此公式不僅適用于液相體積分?jǐn)?shù)低于20%的情況,也適用于液相體積分?jǐn)?shù)高于20%的情況。為了分析凝固、變形和致密化的協(xié)同關(guān)系,提出了進(jìn)程顯著性因子(F),它的物理意義是變化的顯著程度,包含凝固進(jìn)程顯著性因子(Fsolidif)、變形進(jìn)程顯著性因子(Fdefor)和致密化進(jìn)程顯著性因子(Fdensi)。結(jié)果顯示,在供料區(qū)和咬入?yún)^(qū)的開始階段主要發(fā)生凝固,變形與致密化主要發(fā)生在致密化區(qū)。由于制備的帶材含有1-10%的孔隙,需要進(jìn)行一定的后處理以提高帶材性能,本文研究了三種后處理工藝,經(jīng)過 預(yù)燒結(jié)—冷壓變形—再燒結(jié)‖后,帶材的相對密度最高可達(dá)92.6%,顯微硬度最高可達(dá)到300 HV;熱軋后帶材的相對密度幾乎都能達(dá)到99%,顯微硬度最高可達(dá)176 HV。燒結(jié)后帶材的相對密度會降低,這是因?yàn)橛晒滔酂Y(jié)引起的致密度升高小于因孔隙增大引起的相對密度降低,因此最終帶材的相對密度下降。
【關(guān)鍵詞】：半固態(tài)粉末軋制 7050鋁合金帶材 工藝參數(shù) 組織演變 致密化過程 變形機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG339
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-10
• 主要符號表10-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 粉末軋制概述16-19
• 1.1.1 金屬粉末軋制的發(fā)展歷史16-17
• 1.1.2 粉末軋制技術(shù)的研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2 半固態(tài)軋制技術(shù)概述19-24
• 1.2.1 半固態(tài)軋制的理論基礎(chǔ)19-22
• 1.2.2 半固態(tài)軋制工藝22-24
• 1.3 半固態(tài)粉末成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀24-25
• 1.4 本課題研究背景及主要研究內(nèi)容25-29
• 1.4.1 研究背景25-28
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容28-29
• 1.5 課題來源29-30
• 第二章 半固態(tài)粉末軋制7050鋁合金的工藝及帶材性能研究30-51
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方法30-32
• 2.2 半固態(tài)粉末的制備32-36
• 2.2.1 加熱溫度32-34
• 2.2.2 保溫時間34-36
• 2.3 半固態(tài)粉末的軋制36-50
• 2.3.1 帶材的相對密度變化37-38
• 2.3.2 帶材的力學(xué)性能變化38-39
• 2.3.3 粉末粒度對帶材質(zhì)量的影響39-50
• 2.4 本章小結(jié)50-51
• 第三章 半固態(tài)粉末軋制7050鋁合金帶材的顯微組織演變51-61
• 3.1 引言51
• 3.2 液相體積分?jǐn)?shù)對顯微組織的影響51-57
• 3.3 顯微組織的演變過程57-59
• 3.4 半固態(tài)粉末的結(jié)合機(jī)制59-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 第四章 半固態(tài)粉末軋制7050鋁合金的成形機(jī)理研究61-102
• 4.1 引言61
• 4.2 氧對半固態(tài)粉末軋制帶材的影響61-73
• 4.2.1 加熱溫度和保溫時間對氧化物的影響61-64
• 4.2.2 氧化物的分布與形貌64-67
• 4.2.3 氧化物的形成過程67-68
• 4.2.4 氧化物在熱軋和后處理過程的變化68-73
• 4.3 半固態(tài)粉末軋制的致密化過程及變形機(jī)制73-85
• 4.3.1 軋制曲線73-76
• 4.3.2 半固態(tài)粉末軋制的致密化過程76-80
• 4.3.3 半固態(tài)粉末的變形機(jī)制80-82
• 4.3.4 變形與致密化之間的關(guān)系82-85
• 4.4 半固態(tài)粉末軋制過程中凝固、變形、致密化之間的關(guān)系85-99
• 4.4.1 數(shù)學(xué)模型85-93
• 4.4.2 軋制過程中溫度的變化及凝固過程93-95
• 4.4.3 軋制過程中粉末的變形過程95-97
• 4.4.4 軋制過程中的相對密度變化及凝固、變形、致密化的進(jìn)程97-99
• 4.5 本章小結(jié)99-102
• 第五章 半固態(tài)粉末軋制7050鋁合金帶材的后處理研究102-115
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方法102
• 5.2 帶材的后處理研究102-114
• 5.2.1 帶材的燒結(jié)103-108
• 5.2.2 帶材的“預(yù)燒結(jié)-冷壓變形-再燒結(jié)”108-112
• 5.2.3 帶材的熱軋112-114
• 5.3 本章小結(jié)114-115
• 結(jié)論115-120
• 參考文獻(xiàn)120-133
• 攻讀博士學(xué)位期間的論文情況133-135
• 致謝135-137
• 附件137

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋濱娜;祖國胤;姚廣春;關(guān)志昊;;包套軋制粉末冶金法制備泡沫鋁三明治板[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年02期

2 徐顯廷;非穩(wěn)定軋制段堆料高度對帶材尾部厚度和密度變化的影響[J];粉末冶金工業(yè);1999年05期

3 鄒志強(qiáng),曲選輝,黃伯云;國外粉末冶金的最新進(jìn)展(從全球性國際會議看發(fā)展趨勢)[J];粉末冶金技術(shù);1997年01期

4 祖麗君,羅守靖,張洪彥;半固態(tài)擠壓SiC_p/2024復(fù)合材料的組織性能研究及缺陷分析[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2000年05期

5 許光明,崔建忠;液固相復(fù)合軋制力能參數(shù)的ANSYS軟件模擬[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);2001年01期

6 宋仁伯,康永林,孫建林,趙愛民,毛衛(wèi)民;半固態(tài)鋼鐵材料軋制產(chǎn)品的力學(xué)特性[J];金屬學(xué)報(bào);2002年02期

7 毛衛(wèi)民,趙愛民,云東,張樂平,康永林,鐘雪友;1Cr18Ni9Ti不銹鋼半固態(tài)漿料的制備和軋制[J];金屬學(xué)報(bào);2003年10期

8 張曙紅,張代明,李世蕓,陳克巧,李劍云;雙金屬復(fù)合帶材軋制壓力的理論分析[J];昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年05期

9 康永林,宋仁伯,任學(xué)平,李可;變形參數(shù)對半固態(tài)軋制影響規(guī)律的有限元模擬[J];塑性工程學(xué)報(bào);2002年03期

10 ;Semi-solid extrusion of TiC_p/2024Al composites prepared by contact reaction method[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2000年03期

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本文編號：623147