本文關(guān)鍵詞：鋁鎢合金粉末棒材擠壓成形基礎(chǔ)研究

  更多相關(guān)文章： Al-W合金 粉末壓制 熱變形行為 本構(gòu)方程 塑性變形

【摘要】：鋁合金由于其密度低、耐腐蝕和良好的加工性能,在海洋、航空和汽車工業(yè)等不同領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)和人民生活水平的不斷提高,對于具有高強度、耐磨損、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)良性能鋁合金的需求不斷增加。作為一種新型結(jié)構(gòu)材料,Al-W合金兼?zhèn)滗X和鎢的綜合性能,具有極大的應(yīng)用潛能,并有望成為新一代合金裝甲材料和航空航天發(fā)動機的結(jié)構(gòu)材料。Al-W合金粉末成形是鋁鎢合金產(chǎn)業(yè)化亟需解決的關(guān)鍵課題。本文首次采用Al-W的超固溶體合金粉末通過冷壓、熱壓制坯,二次加熱進行擠壓成形的加工工藝,并對鋁鎢合金粉末棒材擠壓成形進行研究,為合理制定Al-W合金粉末塑性成形工藝提供理論依據(jù)。合金粉末的質(zhì)量是影響壓制體致密度的關(guān)鍵因素,在一定程度上影響制件的最終結(jié)構(gòu)和性能。本文采用等離子體發(fā)射光譜儀、場發(fā)射掃描電鏡對Al-W合金粉末進行分析,確定Al-W合金粉末為高純度的微米粉末,合金粉末的松裝密度小,故成形性好,壓縮性差,為選擇壓制壓力提供了參考。在粉末壓制理論分析的基礎(chǔ)上,通過冷壓和熱壓模具設(shè)計及工藝參數(shù)優(yōu)選,制造出低成本、合適致密度的粉末棒材坯,得到冷壓制和熱壓制兩個工藝過程的主要工藝參數(shù)。經(jīng)測定,壓制坯的相對密度達(dá)到0.943,硬度達(dá)到23.9HRB。針對Al-W合金壓制坯,借助于熱模擬壓縮實驗、光學(xué)金相顯微分析、掃描電鏡和能譜分析、硬度測試等研究手段,首先,系統(tǒng)研究了不同變形參數(shù)下合金的流變行為,構(gòu)建了Al-W合金本構(gòu)方程。其次,基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立鋁鎢合金本構(gòu)關(guān)系模型,在該模型中,輸入變量是應(yīng)變、應(yīng)變速率和變形溫度,輸出變量為流變應(yīng)力。結(jié)果表明流變應(yīng)力的預(yù)測值與實驗值的絕對誤差小于10MPa,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.997。與傳統(tǒng)方法相比,這種本構(gòu)關(guān)系模型的測試數(shù)據(jù)可以為描述整個變形過程提供一個很好的代表性。最后,基于動態(tài)材料模型,獲得了Al-W合金的熱加工圖,發(fā)現(xiàn)該種材料具有三個峰值能量耗散區(qū)域:(1)溫度450℃~480℃、應(yīng)變速率0.001s-1;(2)溫度490℃~520℃、應(yīng)變速率0.1s-1;(3)溫度530℃~570℃、應(yīng)變速率0.001s-1~0.1s-1。結(jié)合生產(chǎn)實際情況,建議優(yōu)先選擇變形溫度530℃~570℃、應(yīng)變速率為0.01s-1~0.1s-1范圍內(nèi)的工藝參數(shù),為Al-W合金的實際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。為了研究擠壓參數(shù)對Al-W合金棒材組織和性能的影響,本文進行了不同溫度、不同擠壓比的擠壓變形實驗。結(jié)果表明:(1)致密度方面:擠壓溫度的升高提高了粉末的流動性,有利于填充顆粒之間的空隙;擠壓比的增加促進了擠壓過程中的體積變形和塑性變形,有利于消除坯料的內(nèi)部空隙。因此,高溫和大擠壓比可以提高合金的致密度,在一定程度上驗證了熱壓坯料壓縮實驗的正確性。(2)微觀組織方面:在一定范圍內(nèi)升高擠壓溫度,試樣在擠壓過程中發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象,晶粒得到顯著細(xì)化;擠壓比的增加使合金變形程度增大,變形流線細(xì)密,晶粒細(xì)化,因此在擠壓溫度540℃,擠壓比35時得到平均晶粒最小的擠壓態(tài)Al-W合金,其平均晶粒小于5μm。(3)力學(xué)性能方面:由于擠壓過程中發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,擠壓態(tài)Al-W合金力學(xué)性能在擠壓溫度540℃,擠壓比35時達(dá)到最優(yōu),硬度為85.2HRB、抗拉強度為479MPa、伸長率為15.7%。目前,國內(nèi)外還未見Al-W合金粉末塑性成形方面的研究報道。本文研究其塑性成形理論,對于Al-W合金產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用具有重大意義。同時本文通過冷壓、熱壓以及熱擠壓工藝制備出的Al-W合金,其致密度較高,綜合力學(xué)性能較為優(yōu)異,為Al-W合金的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：Al-W合金 粉末壓制 熱變形行為 本構(gòu)方程 塑性變形
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG379
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-39
• 1.1 引言13-14
• 1.2 鋁合金高溫變形行為的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 本構(gòu)關(guān)系模型14-15
• 1.2.2 熱加工性15-17
• 1.3 粉末冶金鋁合金研究進展17-26
• 1.3.1 粉末冶金鋁合金的優(yōu)勢17-18
• 1.3.2 粉末冶金鋁合金的發(fā)展歷程18
• 1.3.3 粉末冶金鋁合金的分類18-24
• 1.3.4 Al-W合金化粉末的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.4 粉末冶金鋁合金成形技術(shù)26-37
• 1.4.1 鋁合金粉末的制備工藝27-29
• 1.4.2 鋁合金粉末的固結(jié)成形工藝29-33
• 1.4.3 粉末冶金鋁合金塑性變形致密工藝33-37
• 1.5 課題提出及研究內(nèi)容37-39
• 2 Al-W合金粉末分析與評價39-49
• 2.1 引言39
• 2.2 實驗材料及測試方法39-40
• 2.3 Al-W合金粉末分析40-47
• 2.3.1 Al-W合金粉末的成分40-41
• 2.3.2 Al-W合金粉末的形貌41-43
• 2.3.3 機械合金化合成Al-W過飽和固溶體機制43-45
• 2.3.4 Al-W合金粉末的密度45-47
• 2.4 本章小結(jié)47-49
• 3 Al-W合金粉末的冷壓和熱壓制坯49-69
• 3.1 引言49
• 3.2 實驗材料及方法49
• 3.3 Al-W合金粉末的冷壓成形49-58
• 3.3.1 粉末壓制基本理論49-53
• 3.3.2 粉末壓制模具設(shè)計53-56
• 3.3.3 Al-W合金粉末的冷壓制特性56-58
• 3.4 Al-W合金冷壓坯的熱壓成形58-67
• 3.4.1 熱壓溫度的確定59-60
• 3.4.2 熱壓模具的設(shè)計60-62
• 3.4.3 熱壓坯性能分析62-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 4 Al-W合金熱變形行為和熱加工圖69-97
• 4.1 引言69
• 4.2 實驗材料及方法69-70
• 4.3 Al-W合金的熱變形行為70-83
• 4.3.1 真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線70-73
• 4.3.2 流變應(yīng)力方程73-78
• 4.3.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)關(guān)系模型78-83
• 4.4 Al-W合金熱加工圖83-91
• 4.4.1 熱加工圖原理和方法84-86
• 4.4.2 Al-W合金熱加工圖的建立與分析86-91
• 4.5 優(yōu)選成形工藝參數(shù)的確定91-92
• 4.6 優(yōu)選成形工藝條件下的試樣分析92-95
• 4.7 本章小結(jié)95-97
• 5 Al-W合金棒材擠壓變形研究97-133
• 5.1 引言97
• 5.2 實驗材料及方法97
• 5.3 Al-W合金擠壓成形97-103
• 5.3.1 擠壓模具設(shè)計97-102
• 5.3.2 Al-W合金棒材擠壓實驗102-103
• 5.4 Al-W合金擠壓變形性能103-131
• 5.4.1 擠壓溫度和擠壓比對致密化的影響103-105
• 5.4.2 擠壓溫度和擠壓比對擠壓力的影響105-107
• 5.4.3 擠壓溫度和擠壓比對硬度的影響107-110
• 5.4.4 擠壓溫度和擠壓比對力學(xué)性能的影響110-116
• 5.4.5 Al-W合金擠壓件的顯微組織116-126
• 5.4.6 Al-W合金擠壓件的拉伸斷口形貌126-131
• 5.5 本章小結(jié)131-133
• 結(jié)論133-135
• 參考文獻(xiàn)135-149
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果149-151
• 致謝151

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 V.SENTHILKUMAR;A.BALAJI;D.ARULKIRUBAKARAN;;應(yīng)用本構(gòu)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測鋁/鎂基納米復(fù)合材料的高溫流變行為(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年06期

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本文編號：862911