AL-7%Si/AL-22%Si合金双金属复合材料半固态触变模锻工艺的研究

摘要

本文以Al-7wt.％Si合金和Al-22wt.％Si合金作为研究对象，结合半固态成形技术和半固态数值模拟方法，研究了半固态触变模锻成形双金属复合材料的工艺参数及技术特点，并分析了双金属复合制件界面的组织与性能。
　　本文在分析和比较现有半固态金属流变力学模型的基础上，选取了适合本文实验的流变力学本构模型并建立了材料的本构关系方程。采用Deform-3D有限元分析软件对Al-7wt.％Si合金/Al-22wt.％Si合金双金属复合材料的成形过程以及对影响复合成形的不同半固态坯料温度、不同模具温度、不同锻压速度等工艺参数进行了模拟分析。得出最佳工艺参数为:Al-7wt.％Si合金半固态成形温度为580℃，Al-22wt.％Si合金半固态成形温度为575℃，上模温度为100℃，下模温度为200℃，冲头压下速度为20mm/s，保压时间为3s。
　　利用光学显微镜、电子显微镜、硬度试验仪以及拉伸试验机对最优工艺参数条件下制备的双金属复合材料进行了宏/微观组织和性能的分析。宏观形貌表明:外观良好，填充饱满，复合界面在边部向上弯曲包裹上坯料，界面无宏观气孔、夹杂、氧化物以及裂纹等缺陷。微观组织观察及成分分析结果表明:两基体材料半固态组织明显，两合金在成形过程中固液相在界面处相互扩散融合，呈现出冶金结合性质;力学性能试验表明:界面过渡层的硬度呈现梯度变化，平稳过渡，界面处显微硬度平均值约为90HV;界面平均抗拉强度为157 MPa，界面平均剪切强度为118 MPa，达到冶金结合强度。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 双金属复合材料的研究现状

1．2．1 双金属复合材料概况及发展

1．2．2 双金属复合材料的应用

1．2．3 双金属复合材料的制备方法

1．3 半固态加工技术的研究现状

1．3．1 半固态加工技术简述

1．3．2 半固态加工技术在复合材料中的研究

1．3．3 半固态复合材料的研究趋势

1．4 数值模拟技术在半固态加工过程中的应用

1．4．1 数值模拟技术简介

1．4．2 半固态金属加工过程数值模拟研究进展

1．4．3 半固态触变模锻及数值模拟

1．5 本文研究的主要内容、预期成果及创新点

1．5．1 研究的主要内容

1．5．2 预期成果及创新点

2 实验材料及方法

2．1 实验材料

2．2 技术路线

2．3 实验设备

2．3．1 液压成形装置

2．3．2 感应加热设备

2．3．3 温度采集系统

2．3．4 成型模具

2．4 分析检测方法

2．4．1 宏观形貌观察

2．4．2 金相试样的制备

2．4．3 光学显微分析(OM)

2．4．4 电子显微分析(SEM)

2．4．5 力学性能分析

2．4．6 显微硬度分析(HV)

3 半固态成形理论及数值模拟参数设定

3．1 半固态合金的变形特性

3．1．1 半固态合金变形机制

3．1．2 半固态合金变形特点

3．2 半固态合金塑性变形力学模型

3．2．1 半固态合金的应力状态描述

3．2．2 半固态合金的变形抗力模型

3．3 半固态合金本构模型的建立

3．4 数值模拟软件及参数设定

3．4．1 DEFORM-3D软件介绍

3．4．2 模型及参数在DEFORM-3D中的建立

3．4．3 其他参数的设定

3．5 本章小结

4 半固态Al-7％Si／Al-22％Si合金复合成形的数值模拟

4．1 引言

4．2 双金属复合材料成形过程的流速场模拟结果与分析

4．3 不同半固态坯料温度组合下的模拟结果及分析

4．3．1 不同半固态坯料温度对复合制件成形影响的模拟

4．3．2 不同半固态坯料温度下界面接触力变化的模拟

4．4 不同模具温度下复合制件的充型模拟结果及分析

4．5 不同锻压速度下复合制件的充型及应力场模拟结果及分析

4．6 保压时间的确定

4．7 复合制件的成形模拟结果

4．8 Al-7％Si／Al-22％Si合金复合实验验证

4．9 本章小结

5 Al-7％Si／Al-22％Si合金复合材料界面的组织性能

5．1 引言

5．2 双金属复合制件及界面的宏观形貌

5．3 双金属复合制件光学显微组织分析

5．3．1 基体材料的半固态组织演变

5．3．2 复合制件界面结合组织

5．4 复层界面电子显微组织及能谱分析

5．5 复合制件界面形成的机制

5．6 复层界面的力学性能

5．6．1 界面显微硬度

5．6．2 界面结合强度

5．7 界面断裂形貌分析

5．8 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢