7075铝合金高温固态-半固态组织演变及变形行为研究

摘要

7075高强铝合金因其优异的使用性能而广泛的应用于国防航天领域，其加工方法主要有锻造成形和触变成形，前者生产成本高、效率低，机械加工量大；后者可近净成形复杂制件，但制件的力学性能不及锻件且易出现裂纹。本研究提出了半固态触变-塑变复合成形技术，即让制件形状复杂区域和较简单区域分别进行触变成形和塑性成形，从而耦合二者的成形优势。本文基于半固态触变-塑变复合成形技术背景，以7075铝合金挤压棒材为原料，对其半固态重熔组织的转变、温度梯度加热的实现以及高温固态和半固态区的变形行为等先期关键问题开展了一系列研究。
　　研究了感应加热方式下挤压棒材的半固态等温重熔工艺，分析了微观组织的演变过程以及晶粒的长大速率和机制。结果表明，保温温度在610～620℃，保温时间在5~10min时，可获得具有细小球状晶粒的组织；较快的加热速度使得回复过程不剧烈，保留了较多变形储存能，提高了再结晶形核率，细化了再结晶晶粒，进而使得晶粒长大速率减小，但短时间内生成的较少液相导致晶粒以长大速率较快的合并长大为主。
　　采用变螺距线圈实现了挤压棒材的温度梯度，并分析了不同区域的组织和硬度。研究表明，棒材的最高温度为620℃，最低温度为458℃，从高温区域到低温区域，微观组织由细小球晶变化为晶内有很多质点的不规则等轴晶，再演变为保留挤压态特征的组织，硬度从155.6HV降低到94.3HV。
　　进行了挤压棒材高温固态和半固态区的热模拟压缩实验，分析了真实应力应变曲线的特点，建立了峰值应力的本构方程，并采用多元线性回归法实现了应力应变曲线的拟合。研究表明，高温固态区的应力应变曲线分为加工硬化和稳态流动两个阶段，半固态区的分为加工硬化、流变软化和稳态流动三个阶段；高温固态区和半固态区峰值应力的计算值与实测值的平均相对误差分别为3.88％和4.19%，拟合离散点与实测曲线的平均相对误差分别为2.19%和3.12%。
　　通过微观组织分析了热压缩变形行为。研究发现变形温度在350～490℃时，热压缩过程表现为高温塑性行为，且应变速率越低或变形温度越高，再结晶程度越高；变形温度在490～540℃时，虽已处于半固态区，但因生成的液相很少，仍表现为高温塑性；变形温度在540～580℃时，液相开始增多，组织中的细小球状晶粒逐渐变多，触变行为的比例开始快速上升；变形温度大于580℃时，组织已为半固态细小球状晶粒，表现为较完全的触变行为，且液相在触变压缩过程中起到了重要的协调变形作用。
　　本文通过上述研究，解决了7075铝合金半固态触变-塑变复合成形技术的一些前期问题，为后续具体制件加热工艺的制定、成形参数的选择提供了有力的帮助。

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第1章 绪 论

1.1课题的来源与研究背景

1.2铝合金半固态坯料的制备

1.3铝合金感应加热工艺

1.4金属材料的本构关系

1.5课题的提出与主要研究内容

第2章 7075铝合金半固态等温重熔组织的演变

2.1引言

2.2实验材料与方法

2.3半固态重熔微观组织分析

2.4本章小结

第3章 7075铝合金梯度感应加热下的组织分布

3.1引言

3.2实验材料与方法

3.3梯度加热下的温度与组织性能分布

3.4本章小结

第4章 7075铝合金高温固态-半固态区的本构模型

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.3 7075铝合金高温固态区的本构模型

4.4 7075铝合金半固态区的本构模型

4.5本章小结

第5章 7075铝合金热压缩组织分析

5.1引言

5.2实验材料与方法

5.3压缩试样的特征

5.4高温固态区的热压缩行为

5.5半固态区的热压缩行为

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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