高固相半固态7075铝合金坯料制备及压缩变形行为研究

摘要

半固态加工（Semisolid Processing,SSP）是将含有非枝晶颗粒的半固态浆料或坯料在凝固温度范围内加工的一种近净成形技术，融合了液态金属易成形性和固态金属高品质的优点，为高强韧性铝合金的发展与应用开辟了新的道路。目前，再结晶重熔法（Recrystallization and partial melting，RAP）广泛用于制备高固相半固态坯料，然而对RAP法所制备的半固态微观组织的形成机制及演化缺乏系统认识，而且对半固态合金坯料的组织控制及其变形行为也一直是SSP的重要研究内容。
　　本研究以7075铝合金为研究对象，采用RAP法制备半固态合金坯料，考察不同工艺参数（如预变形挤压比，等温温度，等温时间）对半固态合金微观组织的影响。进一步，对所获得的高固相半固态铝合金坯料进行压缩变形，研究高固相半固态合金在变形过程中微观组织的演化以及坯料组织拓扑结构对变形行为的影响规律，为SSP提供理论依据。通过该项研究，主要取得了以下成果：
　　预变形挤压后的7075铝合金在重熔过程中依次发生部分再结晶、液相形成、晶间液相渗透和晶粒粗化四个阶段。随着重熔温度的升高，晶粒尺寸先减小后增大，球形度越来越高。随着保温时间的延长，晶粒发生连续粗化，晶粒粗化速率随着保温温度的增大而增加，然而当保温时间达到25分钟时球形系数有降低现象。此外，半固态坯料微观组织具有各向异性特征，相比于纵截面（平行于挤压方向），横截面（垂直于挤压方向）固相晶粒尺寸更细小、球形度更加圆整。
　　随着预变形挤压比增大，半固态合金的晶粒尺度减小，但是晶粒的粗化速度增大。当挤压比增加到一定程度后，沿着挤压方向存在长径比较大的固相晶粒，如果对挤压比为25的7075铝合金进行固溶处理后，半固态合金固相颗粒的球形度更佳。
　　随着预变形7075合金变形温度的升高及保温时间的延长，其应力应变曲线的峰值应力明显降低，表观粘度也相应降低，出现剪切稀化现象，并且应变速率的降低也会引起峰值应力降低。在其他条件相同时，预变形挤压比越高，半固态坯料的峰值应力反而随之升高，与挤压比增加导致半固态坯料细小的现象相违背。据分析，随着挤压比增加，纵横向的球形度比值或三维形状因子（M=SF纵/SF横）降低，使晶粒在三维空间内的不规则程度增加，增大其变形应力，因此不仅晶粒的尺寸而且晶粒的三维球形度也严重影响了半固态坯料变形行为。
　　半固态合金的固相拓扑结构也对变形行为有显著影响。沿着90o方向（垂直于挤压方向）试样的峰值应力大小明显低于沿0o方向（平行于挤压方向）试样的峰值应力。其中，0o和90o方向试样中固相颗粒具有相同的三维结构，但取向差异造成压缩时堆叠方式的不同，因此在相同应力作用下会导致半固态坯料微观响应方式发生改变，从而影响半固态变形力学行为。

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2半固态加工技术

1.3半固态金属触变行为研究现状

1.4半固态金属本构方程研究现状

1.5 铝合金半固态成形的发展现状

1.6 选题意义

1.7研究内容

2 实验材料与方法

2.1实验材料与制备

2.2实验方法

2.3微观结构检测及分析

3 工艺参数对高固相7075铝合金半固态坯料的影响

3.1 7075铝合金热物理性能

3.2 预变形前后7075铝合金的微观组织

3.3 预变形前7075铝合金的半固态微观组织

3.4 RAP法制备半固态微观组织

3.5 挤压比对半固态微观组织的影响

3.6 本章小结

4 高固相半固态7075铝合金的压缩变形行为

4.1真应力-应变曲线特征

4.2工艺参数对压缩变形行为的影响

4.3 粘度值的比较

4.4 本章小结

5 拓扑结构对半固态微观组织压缩变形行为的影响

5.1 半固态微观组织的三维拓扑结构

5.2 拓扑结构对应力-应变曲线的影响

5.3 拓扑结构对压缩变形性能的影响

5.4 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录