4045/3003铝合金双金属管复合挤压成形工艺研究

摘要

4045/3003铝合金双金属复合管是制造高效全铝质热交换器的关键材料，其在汽车、空调领域内应用极为广泛，本文通过在Gleeble-3500热模拟机上进行热压缩变形实验，研究了4045铝合金高温压缩力学行为和组织演变规律，并利用有限元数值模拟软件和实验相结合的方法研究了4045/3003铝合金双金属管复合挤压过程中模角、挤压温度、挤压速度以及原始坯料的厚比等参数对包覆层分布的影响，研究发现:
　　4045铝合金高温压缩变形时流变应力随变形温度升高而降低，随应变速率提高而增大。本构分析表明可采用含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述合金的热变形流变应力行为，其变形激活能为189.9kJ/mol。
　　根据动态模型及显微组织分析得出该实验范围内4045铝合金的失稳区主要集中在高应变速率区，同时随着应变量的增大，失稳区域不断增大，合金热变形较优的加工区域为:变形温度为380-450℃，应变速率为0.1-0.3s-1。
　　4045铝合金热变形时，随着Z值的减少，动态回复增强，亚晶界的轮廓逐渐变得清晰，晶界趋向平直，合金趋于动态再结晶;在SEM显微组织中大体上可以观察到两种相，这两种相的差别主要体现在硅的含量上;通过TEM发现:在4045铝合金中存在两种尺寸相差明显的粒子，随着Z值的减小两种粒子都发生了不同程度的细化和球化。
　　4045/3003铝合金双金属管复合挤压过程中易出现沿制品长度方向包覆层厚度不稳定现象。通过分析模角、挤压温度、挤压速度及包覆坯料厚度等参数对复合管厚比分配的影响，得到了合理的工艺参数，即在模角为45°、挤压温度为420℃和挤压速度为5mm/s挤压时，包覆层的厚度分布最为稳定;在该条件下又研究了包覆坯料的厚比与包覆层厚比的关系，经过线性拟合后得出了包覆层厚度占双金属管总厚度的百分数与包覆坯料占总坯料的百分数线的性方程:y=1.06x+1.83。
　　经实验验证发现:实际挤压结果与数值模拟结果基本一致，这说明数值模拟具有较高的准确性和合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 金属层状复合材料及其应用

1．1．1 金属层状复合材料的特性

1．1．2 金属层状复合材料的发展状况

1．1．3 金属层状复合材料的应用

1．2 金属层状复合材料的制备方法及复合机理

1．2．1 金属层状复合材料的制备方法

1．2．2 金属层状复合材料的复合机理

1．3 有限元技术及其在金属层状复合材料研究中的应用

1．3．1 有限元技术

1．3．2 有限元技术在复合挤压中的应用

1．3．3 有限元技术在复合轧制中的应用

1．4 本文的研究目的、内容、及技术路线

1．4．1 研究目的及意义

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第2章 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．2 4045铝合金热变形行为和组织演变

2．2．1 等温热压缩实验

2．2．2 金相组织观察(OM)

2．2．3 扫描电镜观察(SEM)

2．2．4 透射电镜观察(TEM)

2．3 4045／3003双金属复合管的有限元模拟

2．4 热挤压实验

第3章 4045铝合金热变形本构方程的建立及其加工图

3．1 4045铝合金高温塑性本构方程的建立

3．1．1 真应力-真应变曲线

3．1．2 本构方程的建立

3．2 4045铝合金加工图的建立

3．2．1 基于动态材料学模型的加工图理论

3．2．2 4045铝合金加工图的构建及分析

3．3 本章小结

第4章 4045铝合金热压缩变形微观组织的演变

4．1 金相显微组织的分析

4．1．1 4045铝合金热压缩前的显微组织

4．1．2 不同lnZ值对金相组织的影响

4．2 SEM显微组织的分析

4．3 TEM显微组织分析

4．3．1 亚晶的长大行为

4．3．2 合金中粒子的变化规律

4．4 本章小结

第5章 4045／3003铝合金双金属复合管材的热挤压模拟及实验

5．1 刚塑性有限元理论

5．1．1 刚塑性有限元的基本假设

5．1．2 刚塑性变形的边值问题

5．2 数值模拟模型的建立和模拟参数的设置

5．2．1 材料数学模型的建立

5．2．2 几何模型的建立

5．2．3 模拟设置

5．3 模拟过程及结果分析

5．3．1 挤压过程分析

5．3．2 挤压模角对挤压过程及包覆层厚度的影响

5．3．3 挤压温度对挤压过程及包覆层厚度的影响

5．3．4 挤压速度对挤压过程及包覆层厚度的影响

5．3．5 包覆坯料的厚度与包覆层厚度的关系

5．3．6 数值模拟的验证及分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录