SiCp/8009铝基复合材料活塞头锻造工艺优化研究

摘要

与其它SiC颗粒增强铝基复合材料相比，由于基体8009铝合金中存在高体分Al12(Fe,V)3Si相，使得这种铝基复合材料除了具有高耐磨性、低膨胀系数外，还具有高的耐热性能，是发动机活塞等轻量化关键材料。而锻造是这类零部件加工的一种重要手段，不同的锻造工艺参数条件，会使锻件的组织性能具有很大差异，因此对锻造工艺的研究具有十分重要的意义。本文通过在 Gleeble-3500热模拟试验机上对粉末热挤压制备的15％SiCp/8009铝基复合材料进行了高温压缩试验获得了流变应力曲线，热压缩条件为应变速率0.001~1 s-1，变形温度400~550℃，并基于动态材料模型理论建立了加工图，综合变形后材料的微观组织观察，对粉末热挤压15%SiCp/8009铝基复合材料的热变形机制进行了较系统的分析，以此获得合理的加工工艺参数。利用有限元数值模拟技术对锻造过程中变形温度、变形速度和摩擦条件等对应力、应变场量的影响进行分析研究，为材料的后续加工提供指导和参考。主要研究结果如下：
　　(1)随着应变的增加，不同温度下15%SiCp/8009铝基复合材料的流变应力值开始阶段呈线性增加，达到峰值后基本保持不变。但是当应变速率为1 s-1，真应变大于0.5时，所有曲线应力水平呈现出快速下降趋势。
　　(2)15%SiCp/8009铝基复合材料的功率耗散系数峰值约为16.5%，其最佳热加工工艺参数范围为温度500~550℃以及应变速率0.001~0.02 s-1。在稳定区较高温度和较低应变速率区域可以得到均匀完好的组织，而在稳定区的其它范围内出现了基体和增强体颗粒界面脱粘的情况，在失稳区中发现了碳化硅颗粒的破碎或断裂。
　　(3)建立了粉末热挤压15%SiCp/8009铝基复合材料锻造成形有限元模型，并对该复合材料的镦粗成形过程进行了数值模拟，分析了变形工艺参数对工件内部等效应力、等效应变和温度场的影响，同时还分析了不同变形工艺参数对位移载荷曲线的影响。模拟结果表明，在镦粗过程中，变形工艺参数对金属流动性有明显的影响。因此，采用适当的工艺参数有利于提高材料的成形性能。
　　(4)根据有限元模拟所得的参数：锻造温度550℃，压下速率为0.2 mm/s，尽量小的摩擦因子，进行锻造验证实验，得出此变形条件下能得到很好的锻件。

目录

声明

第1章 绪论

1.1铝基复合材料的特点

1.2 铝基复合材料的分类

1.3 颗粒增强铝基复合材料的制备

1.4 铝基复合材料在汽车上的应用

1.5 热加工图在铝基复合材料加工工艺中的应用

1.6 有限元技术在塑性加工中的应用

1.7 课题研究目的、研究内容及技术路线

第2章 实验条件及方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 粉末热挤压15%SiCp/8009铝基复合材料的热变形行为及加工图

3.1 流变应力曲线

3.2 SiCp/8009铝基复合材料的加工图

3.3 显微组织分析

3.4 本章小结

第4章 粉末热挤压15%SiCp/8009铝基复合材料的锻造数值模拟

4.1 DEFORM软件简介

4.2数值模拟模型的建立

4.3 模拟结果与分析

4.4 实验验证与分析

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

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