5356铝合金熔体处理及连续流变挤压工艺的研究

摘要

5356铝合金作为一种不可强化的变形铝合金，具有质轻、比模量高、强度高、韧性好等优点，在军工、航天、造船等领域得到了广泛的应用。由于其焊接性能较好，所以在焊材方面的应用更为重要，尤其在Al-Mg、Al-Mg-Si等铝合金的焊接中。在焊丝的加工过程中要求5356铝合金要有较好的力学性能，因此必须使5356铝合金母材有优良的质量。本文通过对5356铝合金熔体进行净化处理、细化处理、超声处理，通过对熔炼浇注成获得的5356铝合金铸锭进行均匀化处理，对半固态的5356铝合金进行连续流变挤压加工。对浇注或加工后的试样在利用扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜（OM）、能谱仪（EDS）以及万能材料试验机观察和测试5356铝合金组织和力学性能。对实验结果进行了分析以及对工艺的原理作出了解释。 在净化处理工艺中，发现用C2Cl6精炼5356铝合金熔体对于其组织及力学性能影响优于NH4Cl精炼剂，C2Cl6精炼5356铝合金熔体后其抗拉强度达到183MPa，比未精炼提高了43%，密度达到了2.4811g/cm3。用陶瓷泡沫过滤溶体的效果比玻璃纤维网好，用陶瓷泡沫过滤后5356铝合金抗拉强度和伸长率均有了大幅度的提升，抗拉强度达到了210MPa，提升了39.1%，合金伸长率达到了11.7%。 在5356铝合金熔体温度在720-730℃时，添加0.2%的Al-5Ti-1B细化剂时细化效果最好。细化后合金抗拉强度达到了192MPa，比未细化合金提高了38.1%。超声处理5356铝合金熔体的过程中。当变幅杆的插入深度为30mm时，5356铝的合金组织及性能较优。实验结果又表明当高能超声处理时间为2min时，对5356铝合金的各个性能较优。 铸态下5356铝合金组织晶粒中Mg元素含量分布不均衡，晶界处Mg元素的含量最高。经过均匀化处理之后合金内Mg元素的含量变得均匀，经过400℃×（20-22h）的均匀化处理工艺后5356铝合金性能最优。抗拉强度达到了212MPa，伸长率达到了12.9%。 在流变挤压半固态5356铝合金过程中，将浇注温度控制在720-760℃之间挤压出5356铝合金线材表面质量良好。连续流变挤压后的5356铝合金线材的晶粒普遍较小。当浇注温度的越低，挤压轮转速越高，5356铝合金线材的晶粒尺寸就会越小。当挤压轮转速为15r/min，浇注温度为720℃时，晶粒的平均尺寸为5.7μm。5356铝合金线材的力学性能随着浇注的温度减小、挤压轮转速的增大而逐渐增大。当浇注温度为740℃，挤压轮转速为15r/min时，合金抗拉强度达到324MPa，伸长率为42.5%。用CRE300型连续流变挤压5356铝合金时，最佳的工艺参数如下：冷却水流量3.0m3/h，浇注温度在720-740℃，挤压轮转速为15r/min，挤压间隙为1-1.5mm。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 5356铝合金的应用现状

1.2.1 5356铝合金的应用

1.2.2 5356铝合金的成分与组织

1.2.3 影响5356铝合金焊接性能因素

1.3 5356铝合金熔体处理工艺的研究现状

1.3.1 铝合金熔体净化处理工艺的研究现状

1.3.2 5356铝合金晶粒细化处理工艺现状

1.3.3 铝合金熔体超声处理工艺的现状

1.4 均匀化处理工艺研究现状

1.5.1 连续流变挤压技术的发展历史

1.5.2 连续流变挤压技术的应用

1.6 本文研究的意义及内容

第2章 合金制备及实验方法

2.1.1 合金成分

2.1.2 合金熔炼

2.2 合金熔体处理实验

2.2.1 熔体净化处理实验

2.2.2 5356铝合金晶粒细化处理工艺

2.2.3 5356铝合金超声处理工艺

2.3 5356铝合金均匀化热处理实验

2.4.1 实验设备

2.4.2 连续流变挤压实验原理

2.4.3 实验模具

2.4.4 连续流变挤压实验方法

2.5.1 合金成分测试

2.5.2 合金力学性能的测试

2.5.3 合金密度的测试

2.5.4 合金显微组织的观察

2.5.5 扫描电镜和能谱分析

第3章 熔体处理工艺对5356铝合金组织及性能的影响

3.1 引言

3.2 净化工艺的结果分析

3.2.1 5356铝合金中夹杂物成分的分析

3.2.2 NH4Cl和C2Cl6的精炼效果分析

3.2.3 陶瓷泡沫与玻璃纤维网过滤效果的分析

3.3.1 金相组织的分析

3.3.2 力学性能的分析

3.3.3 细化机理分析

3.4.1 金相组织的分析

3.4.2 力学性能

3.4.3 高能超声的作用机理分析

3.5 本章小结

第4章 均匀化热处理工艺对5356铝合金组织及性能的影响

4.1 引言

4.2 均匀化处理工艺参数的确定

4.3 Mg元素在5356铝合金铸态下的分布

4.4.1 力学性能的分析

4.4.2 组织成分的分析

4.5 均匀化热处理的机理分析

4.6 本章小结

第5章 连续流变挤压工艺对5356铝合金组织及性能的影响

5.1 引言

5.2 连续流变挤压成形工艺参数对合金成形过程的影响

（1）合金浇注温度的控制

（2）浇注速度

（3）挤压轮的转速

（4）挤压间隙

（5）冷却水流量

（6）合金溶液的纯净度

5.3.1 浇注温度对5356合金表面质量及组织性能的的影响

5.3.2 挤压轮转速对5356铝合金组织及性能的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所获科研成果