喷射成形7055铝合金热变形行为研究

摘要

7055铝合金是Alcoa于上世纪90年代开发的新型高强铝合金，具有出色的强度、韧性与耐蚀性配合，被誉为“王牌铝合金”。喷射成形7055铝合金克服了传统材料制备工艺下宏观偏析、晶粒粗大的缺点，从而具有更好的综合性能，在航空航天领域得以重要应用。目前关于喷射成形7055铝合金热变形行为的研究还鲜有报道，其热加工特性亦尚不完全明了。
　　为研究其热变形行为，本文以实际工业化生产的喷射成形7055铝合金为研究对象，在应变速率为0.001s-1-5s-1、变形温度为300℃-450℃、工程应变量为50％的条件下，利用 Gleeble-3500热-力模拟试验机对材料进行了等轴压缩实验。建立了喷射成形7055铝合金热变形峰值应力本构方程，并利用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等表征手段研究了其组织演变规律，最后基于动态材料模型绘制了喷射成形7055铝合金热加工图，以期为制定与优化该合金热加工工艺提供理论依据。研究主要结论如下：
　　（1）喷射成形7055铝合金高温压缩中的流变应力随应变速率的升高、变形温度的降低而增大，同为300℃下变形，峰值应力σp从应变速率ε=0.001s?1时的57.61MPa增长至ε=5s?1下的177.45MPa；同在ε=0.1s?1时，随T=450℃降至300℃，σp从47.78MPa增至119.29MPa。
　　（2）喷射成形7055铝合金在高应变速率下的热变形过程中，热效应会引起的温升值最高达25℃，修正应力比实验值增高22MPa，误差达14.75%。
　　（3）经过四轮计算，建立了喷射成形7055铝合金的峰值应力本构方程(此处公式省略)所建方程平均相对误差为5.26%。
　　（4）喷射成形7055铝合金在低于380℃下的变形组织含大量位错胞结构，高于420℃且lnZ≤27.4时发生动态再结晶，随应变速率降低，动态再结晶进行的越充分。
　　（5）变形过程中的析出相粒子对位错的运动起到钉扎作用，随温度升高，针棒状析出相逐步增多，而在450℃下析出相发生一定回溶。
　　（6）基于动态材料模型绘制了喷射成形7055铝合金的热加工图。在应变量分别为0.3和0.6下的热加工图特征变化不显著，流变失稳区所对应的功率耗散效率均迅速下降。
　　（7）当应变量为0.6时，适宜的加工参数窗口为380℃-450℃、0.006 s-1-0.082 s-1，此时变形组织中发生动态再结晶；不宜进行加工的参数区间为350℃-450℃、0.22s-1-5s-1，该参数区间下变形组织易产生绝热剪切带，应当规避。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高强度Al-Zn-Mg-Cu系合金概述

1.3 喷射成形技术

1.4 铝合金热变形行为与热加工图理论

1.5 本文的研究目的与研究内容

第二章 实验材料及方法

2.1 热变形模拟实验方法的选择

2.2 实验材料

2.3 高温压缩实验

2.4 显微组织观察与分析

第三章 喷射成形7055铝合金热变形流变力学行为

3.1 引言

3.2 喷射成形7055铝合金的流变应力曲线

3.3 喷射成形7055铝合金流变应力本构方程的建立

3.5 本章小结

第四章 喷射成形7055铝合金热压缩过程微观组织演变

4.1 引言

4.2 喷射成形7055铝合金金相组织分析

4.3 喷射成形7055铝合金热变形透射电镜组织分析

4.4 喷射成形7055铝合金动态软化机制分析

4.5 本章小结

第五章 喷射成形7055铝合金热加工图

5.1 引言

5.2 基于动态材料模型绘制热加工图的基本原理

5.3 喷射成形7055铝合金热加工图的绘制

5.4 喷射成形7055铝合金热加工图分析

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文