6A02铝合金板材热成形—淬火一体化工艺强化机理研究

摘要

为实现结构轻量化,应对能源危机,轻质合金在航空航天和汽车工业得到大量应用,以加工制造高强度、高精度以及形状复杂零件。热处理与热成形相结合,既可提高成形零件强度,还能避免成形后热处理导致零件形状变化。为此,热成形-淬火一体化工艺将具备良好的研究前景。
　　本文建立起了铝合金板材热态快速成形专用装置,可满足热成形-淬火一体化强化规律研究。该装置能够实现模具的快速加热和控温;模具的快速冷却和零件淬火;高压气体的可靠密封、传输和控制以及板材拉深和气胀复合成形。冷模冷却速度约为50℃/s,热模最高加热温度550℃,高压源最高压力35Mpa。
　　通过单向拉伸试验研究了温度和应变速率对6A02铝合金板材高温力学性能的影响,确定了板材在温度为RT.至575℃,应变速率为10-3 s-1-10-1s-1范围内应力-应变关系。通过扫描电子显微镜观察了不同条件下拉伸断口形貌,断裂形式主要为穿晶韧性断裂,机理为微孔聚集断裂。
　　进行了6A02铝合金板材热成形-淬火一体化工艺实验研究,通过维氏硬度试验,评价其强化效果。板材经典型热处理工艺处理后,强度明显提高。热成形时,主要研究了温度对成形件强度影响,温度升高,软化程度增加。HFQ成形时,主要研究了固溶度、时效工艺和冷却速度对强度变化的影响:HFQ冷模成形时,冷却水流速越大,冷却速度越大,强化效果越好;HFQ热模成形时,随模具温度升高,强化效果整体呈先提高后降低的趋势。水淬后热成形,主要研究了二次加热温度和停放时间对强度变化的影响:二次加热到300℃以前时,强化效果与HFQ热模成形相近,温度升高,强化效果明显下降;随停放时间延长,强化效果先提高后降低,整体强化良好,
　　通过透射电子显微镜(TEM)确定了析出相,主要强化相是Mg2Si,尚处于欠时效阶段;利用扫描电子显微镜(SEM)分析了第二相析出情况及其分布,沿基体弥散析出达到强化效果,沿晶界析出和杂质相不均匀析出,降低了强化程度;利用电子背散射衍射分析技术(EBSD)观察了晶粒组织形貌,热成形软化的主要原因是回复。

目录

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 热态成形技术研究现状

1.2.1 热态液力成形技术

1.2.2 快速塑性成形技术

1.2.3 热态金属气压成形技术

1.2.4 超高强钢板热冲压技术

1.2.5 铝合金HFQ成形技术

1.3 铝合金热处理工艺

1.3.1 固溶处理

1.3.2 淬火

1.3.3 时效

1.3.4 强化机制

1.4 课题意义及主要研究内容

第2章 铝合金板材热态快速成形专用装置

2.1 引言

2.2 专用装置功能

2.3 专用装置设计

2.3.1 加热系统

2.3.2 冷却系统

2.3.3 模具结构

2.3.4 气压单元

2.3.5 压力机

2.4 专用装置制造

2.4.1 加热装置

2.4.2 冷却装置

2.4.3 模具结构

2.4.4 气压单元

2.4.5 板材热态快速成形装置

2.5 本章小结

第3章 6A02板材高温力学性能及断口形貌

3.1 引言

3.2 铝合金板材拉伸试验

3.2.1 试验设备

3.2.2 试验材料

3.2.3 试验方案及步骤

3.2.4 数据处理

3.3 温度对力学性能的影响

3.3.1 温度对延伸率的影响

3.3.2 温度对强度的影响

3.4 应变速率对力学性能的影响

3.4.1 应变速率对延伸率的影响

3.4.2 应变速率对强度的影响

3.5 断口形貌及分析

3.5.1 上同温度下断口形貌

3.5.2 断裂机理分析

3.6 本章小结

第4章 6A02板材热成形-淬火一体化工艺实验研究

4.1 引言

4.2 实验研究方案

4.2.1 板材热处理

4.2.2 热成形

4.2.3 HFQ成形

4.2.4 水淬后热成形

4.3 板材热处理强度变化

4.3.1冷却速度对强度的影响

4.3.2时效工艺对强度影响

4.4 热成形时强度变化规律

4.4.1 6A02铝合金强度变化

4.4.2 5A06铝合金强度变化

4.4.3 热成形适用范围

4.5 HFQ成形时强度变化规律

4.5.1 固溶度对强度的影响

4.5.2 时效工艺对强度的影响

4.5.3 冷却速度对强度的影响

4.6 水淬后热成形强度变化规律

4.6.1 二次加热时温度对强度的影响

4.6.2 二次加热前停放时间对强度的影响

4.7 三种成形方法比较

4.8 本章小结

第5章 6A02板材热成形-淬火一体化工艺微观组织

5.1 引言

5.2 金相试样制备

5.2.1 取样

5.2.2 磨样抛光

5.2.3 双喷减薄

5.3 板材热处理时组织变化

5.3.1 原始板材组织

5.3.2 时效工艺对组织的影响

5.3.3 冷却速度对组织的影响

5.4 热成形时组织变化

5.5 HFQ成形时组织变化

5.5.1 固溶时间对组织的影响

5.5.2 时效工艺对组织的影响

5.5.3 冷却速度对组织的影响

5.6 水淬后热成形组织变化

5.6.1 水淬后热成形温度对组织的影响

5.6.2 水淬后停放时间对组织的影响

5.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢