喷射成形超高强铝合金包套锻造工艺研究

摘要

本文对喷射成形超高强铝合金的包套锻造工艺进行了研究。采用有限元模拟方法分析了包套材质及包套厚度对锻造应力场、应变场、损伤因子的影响规律，制定了包套锻造实验方案，并对经热等静压致密化后的喷射成形超高强铝合金坯料进行了自由镦粗、包套镦粗、直接模锻以及包套镦粗+模锻系列锻造实验。通过OM、SEM、TEM、XRD等测试方法分析了不同变形工艺下锻件组织特征，并且对锻件进行了力学性能测试。
　　采用有限元模拟方法分析了预锻合金的高温变形行为，确定最佳锻造温度范围为430±10℃，锻造速率低于3mm/s。通过对锻造过程数值模拟与相关实验结果的分析可以得出：2024、6061以及7075铝合金包套均可以对内部合金坯料起到一定的限制作用，与无包套自由镦粗相比，包套镦粗可以显著减小内部坯料所受的拉应力，减轻产生裂纹倾向；三种包套材质中，7075铝合金由于与预锻合金的热物性最为接近，且高温塑性优于2024、6061合金，因此在镦粗过程中与锻造合金的协调变形能力更好，同时可以承载更多的拉应力作用；对同种包套材质不同厚度的镦粗工艺分析表明，在一定范围内，随着包套厚度增加，包套与锻造合金的协调变形性逐渐增加，当达到一定的厚度后，由于包套的限制作用增强，使得锻造合金的变形均匀性变差。通过综合比较，最终优选出厚度为12mm的7075包套镦粗工艺作为模锻的预制坯方案。
　　锻件采用465℃×1h+485℃×1.5h双级固溶、120℃时效18h的T6热处理制度。淬火后未加包套锻件沿纵向产生严重裂纹而包套锻件完好。组织及物相分析表明不同锻造工艺下合金的主要强化相类型并未发生变化，均为η（MgZn2）相关相以及含Sc、Zr元素弥散相。经拉伸测试，T6态包套+模锻锻件的径向与切向性能分别为：σb：727MPa、735MPa；σ0.2：690MPa、693MPa，力学性能优异。研究结果说明包套锻造工艺可以有效控制喷射成形超高强铝合金在拉应力作用下变形时的开裂失效行为，并可进一步提高锻件的力学性能。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 超高强铝合金的制备技术

1.3 喷射成形铝合金的致密化及热处理

1.4 有限元分析技术的应用

1.5 国内外包套锻造研究现状

1.6 主要研究内容

第2章 实验材料的制备与实验方法

2.1 研究方案

2.2 超高强铝合金材料的制备

2.3 实验方法

2.4 组织结构分析及性能测试

第3章 喷射成形超高强铝合金包套锻造有限元模拟

3.1 引言

3.2 建立数值模拟方案

3.3 包套锻造工艺的制定

3.4 包套对锻造成形过程影响

3.5 包套对锻造过程损伤因子影响

3.6 包套锻造+模锻成形工艺分析

3.7 包套锻造成形载荷变化规律

3.8 锻造成形实验

3.9 本章小结

第4章 喷射成形高强铝合金锻造组织及性能分析

4.1 引言

4.2 不同锻造方法锻件组织与性能分析

4.3 不同锻造工艺金相组织分析

4.4 XRD物相分析

4.5 超高强铝合金锻件拉伸断裂行为

4.6 本章结论

结论

参考文献

声明

致谢