2A50铝合金半固态模锻成形的组织性能不均匀性研究

摘要

随着交通运输业、武器装备轻量化的发展，传统的制造技术已不能完全满足一些铝合金重要零部件的制造要求，需要一些新的制造技术来同时满足铝合金零件制造需求和使用性能。半固态模锻技术是其中最有应用前途的方法之一，但采用简单的固态锻造的成形方法可能造成制件各部施压不均匀，进而导致相应的性能不均匀问题，所以关键在于如何提高和保证半固态制件性能的可靠性。本课题采用应变诱导熔化激活法（Strain Induced-Melt Activation，SIMA法）制备2A50铝合金半固态坯料，然后进行一种筒形件的半固态模锻成形试验，并对触变模锻成形过程进行数值模拟，对铝合金半固态模锻成形的组织性能不均匀性进行研究。
　　首先采用SIMA法制备半固态坯料，分别采取了挤压棒料的冷镦粗、热镦粗以及铸态坯料的多向反复热镦粗作为应变诱导方式；然后设计了一组阶梯筒形件的成形模具，并应用三维造型软件对模具进行了参数化实体造型；接下来在Deform3D平台对该零件的触变模锻成形进行了数值模拟；最后通过半固态触变模锻试验，并结合数值模拟试验的结果，对铝合金半固态触变模锻成形的组织性能不均匀性进行了初步的研究和探索。
　　通过显微组织观察证明利用冷镦法可以制备球化程度较好的半固态坯料；通过触变模锻成形的数值模拟试验，证明制件的应力应变分布较不均匀，这是由冲头的尺寸差别所导致的；通过铝合金半固态触变模锻试验，发现半固态触变模锻成形件壁部的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率均低于底部，而且壁部出现了沿晶断裂，表明液态金属在压力下的不均匀凝固对半固态成形的组织性能均匀性有较大影响；通过固溶+时效处理，铝合金半固态成形件的力学性能有明显改善。
　　本课题对铝合金半固态触变模锻成形的组织性能不均匀性做了初步的研究，认为正是这种成形的不均匀性导致了半固态模锻微裂纹的产生，对继续深入的研究做了有益的探索。

目录

2A50铝合金半固态模锻成形的组织性能不均匀性研究

RESEARCH ON INHOMOGENEITY OF MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES FOR 2A50 ALUMINUM ALLOY PREPARED BY THIXOFORGING

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 半固态金属加工技术

1.2.1 半固态加工的概念及工艺特点

1.2.2 半固态坯料的制备

1.2.3 半固态模锻

1.3 半固态金属加工技术的研究与应用

1.3.1 半固态金属加工技术的研究进展

1.3.2 半固态金属加工技术的应用现状及前景预测

1.4 半固态金属触变成形过程中的数值模拟

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 SIMA法制备2A50铝合金半固态坯料

2.1 应变诱导熔化激活（SIMA）法

2.2 2A50铝合金半固态坯料的制备

2.2.1 试验材料

2.2.2 镦粗法制备半固态坯料

2.3 镦粗后坯料的半固态重熔

2.4 本章小结

第3章 铝合金触变模锻成形数值模拟

3.1 有限元法的基本思想

3.2 刚-粘塑性有限元模型

3.2.1 刚-粘塑性有限元法的基本假设

3.2.2 刚-粘塑性有限元法的本构方程

3.3 有限元分析软件DEFORM-3D

3.4 数值模拟模型的建立

3.4.1 几何模型的建立

3.4.2 半固态材料模型的建立

3.4.3 模拟物理模型的建立

3.5 触变模锻过程的数值模拟

3.6 本章小结

第4章 阶梯筒形件的触变模锻成形试验

4.1 成形模具的设计

4.2 试验装置的选择

4.3 半固态触变模锻试验

4.3.1 2A50铝合金半固态模锻成形的工艺参数

4.3.2 半固态触变成形件的组织

4.3.3 半固态触变成形件的力学性能

4.4 本章小结

结 论

参考文献

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢