7075铝合金高固相率触变成形的微观组织演变和力学行为研究

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7075铝合金因其具有的优异力学性能,广泛应用于航空航天领域。触变成形利用材料在半固态时具有的触变性可以实现复杂零部件的近净成形,有效的避免传统加工方式的繁琐流程和机械加工对原材料造成的浪费。本论文研究了7075铝合金在不同二次加热工艺参数下的微观组织演变,对加热过程中的近球状晶粒形成机制进行了讨论。通过等温压缩试验研究了7075铝合金的高温变形行为和高固相率下的触变行为,并结合变形过程中的微观组织特征对材料流动行为进行了分析,针对高温温度和半固态温度分别建立了对应的本构模型,采用Deform-3D对半固态温度下的压缩进行了模拟,验证了模型的有效性。  二次加热的目的是为了获得满足触变成形要求的近球状的晶粒组织。本研究采用挤压态的7075铝合金作为原材料,研究了不同二次加热参数对组织演变的影响和球状晶粒的形成机制。结果表明,液相的形成对球状晶粒的形成有着很大的促进作用,当保温温度为550℃保温时间为5min时,近球状晶粒在液相聚集的晶界处形成;随着温度升高液相含量增多,渗透进入到更多未再结晶晶粒的晶界处,通过润湿不规则的晶界使得晶粒球化,促进了再结晶的进行和更多近球状晶粒的形成。在半固态温度时,随着保温温度的升高和保温时间的增加,平均晶粒尺寸增加,晶粒的圆整度提高。较快的加热速率下,材料在较高的变形储存能的作用下形成较多的形核中心,使晶粒尺寸得到细化。因此将挤压态的7075铝合金直接加热到半固态温度区间,可以获得近球状晶粒组织并用于触变成形。  通过高温温度和半固态温度下的压缩试验,分析了不同参数下的材料流动行为和微观组织演变规律,针对高温和半固态温度分别建立了对应的本构模型。研究发现,高温下的压缩过程包含加工硬化和稳态变形两个阶段,半固态阶段则包含加工硬化,流变软化和稳态变形三个阶段。微观组织分析表明在压缩试样的边缘存在液相偏析,在较高应变速率下,出现多个峰值应力现象,是因为液相不能汇集到一起形成流动路径,因此不能很好的协调固相的大变形。针对7075铝合金在高温温度建立了本构模型,峰值应力的计算值和实验值实现了很好的拟合;针对半固态温度建立了经验本构模型,利用Deform-3D有限元软件模拟了材料的触变压缩过程,对7075铝合金半固态温度的本构模型进行了验证,在590℃时,模拟结果和实验结果可以较好的拟合。  本论文的研究,对7075铝合金半固态坯料制备过程的组织演变和球状晶粒的形成机制的分析,对触变成形过程的微观组织演变和力学模型的研究可以为后续7075铝合金二次加热工艺参数的确定和优化,为触变成形过程中固/液相流动变形机制的进一步分析提供参考。
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