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高强高耐蚀性钎焊铝合金材料的开发

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2011-03-16 00:46:00
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第二章 实验方案
 
2.1实验材料
本实验所用材料为半连续铸造铝合金,铸锭在箱式电阻炉内600 /12 h均匀化处理,车成直径为Φ80 mm圆柱挤压试样。然后在480 条件下挤压成Φ10 mm棒材,截取Φ10×15 mm热模拟专用Rastegaev形状的圆柱体试样(如图2.1所示)。
2.1热模拟Rastegaev圆柱体压缩试样
挤压后材料金相组织如2.2所示:
 
a)挤压方向                           b)垂直挤压方向
2.2热模拟材料金相组织
2.2 实验方法
研究材料热变形行为的常用试验方法有三种,即单向拉伸、压缩和扭转。拉伸试验常用于模拟拉拔和挤压[7],平面应变压缩试验适合于模拟板材热轧和各向同性材料的变形,轴对称压缩试验常用来模拟挤压和锻造过程,扭转试验被广泛应用于测定大应变条件下材料的流变应力和成形性。平面应变压缩试验因存在一系列缺点而使其不太适合于热变形本构关系的研究,因此本文采用圆柱体样品在Gleeble-1500热模拟试验机上进行等温压缩试验方法来研究铝合金高温热变形行为。
材料的热加工温度范围一般是在0.4~0.85Tm(Tm为熔点),而本实验铝合金加工温度较高,故高温压缩的实验温度选取为:350 ~550 ,变形速率选0.01 s-1~10 s-1。试样加热速度为10 /s,压缩前保5 min,总压缩变形量为0.6实验主要工艺参数见表2.1
2.1 热压缩实验的主要工艺参数

变形温度()
变形速率(s-1)
工程应变
温升速度(/s)
保温时间(min)
300350400450500
0.010.1110
0.6

根据金属塑性变形理论,金属的流变应力是指材料在单向的变形条件下得以实现塑性变形的应力强度,因此,为使压缩试样获得单向应力状态,在试样两端凹槽内填充满润滑剂(75%石墨20机油5硝酸三甲苯脂),以减少试样和模具之间的摩擦。变形结束后立即对样品进行水淬,其淬火延迟时间约为0.1 s,以冻结高温变形组织,保持其微观变形组织,进行变形组织演变行为研究。实验过程中由计算机系统自动控制温度、位移、位移速度等变形条件,并采集真应力、真应变等数据,利用Origin绘图软件绘制真应力-真应变曲线。
2.3显微组织观察
取压缩后试样,沿最大纵截面剖开。由于试样压缩时会发生不均匀变形,形成易变形区、自由变形区和难变形区,导致不同部位其显微组织也不相同。为了提高可比较性,需要进行定点照相,取点方法见图2.3。研究显微组织的演变关系时,只取位置相同的照片进行对比。
试样经镶样、打磨、抛光、浸蚀后在金相显微镜下观察金相组织,腐蚀液采用氢氟酸与硝酸的混合溶液,腐蚀时间为30 s ~40 s。
图2.3 金相观察点示意图
 
第三章 结果分析
 
3.1高温热变形真应力-真应变曲线
图3.1为铝合金在变形温度为350~550 、应变速率为0.01~10 s-1变形条件下的真应力–真应变曲线,其高温压缩流变曲线均具有相似的变化规律:
(a) = 0.01 s-1                            (b) =0. 1 s-1
 
(c) =1 s-1                                (d) =10 s-1
3.1不同变形条件下真应力-真应变曲线
由图3.1所示不同变形条件下真应力—真应变曲线可知:
(1) 铝合金的流变应力随变形程度的增加而呈现出不同的变化规律。在压缩变形初期,材料的流变应力随应变量的增加而迅速增加,该阶段加工硬化效应占主导地位,只发生了少量的动态回复。随应变量的继续增大,动态软化加快,软化作用增强,此时动态软化效应将渐渐抵消加工硬化效应,使曲线斜率逐渐减小,最终达到峰值,此时,加工硬化效应和动态软化效应相等。随着变形的继续进行,在低应变速率(≤1 s-1)条件下,出现峰值后基本上呈现为光滑的水平的流变曲线,表明动态回复占主导,基本上不发生或只发生了少量的动态再结晶。在高应变速率(10 s-1)条件下,流变曲线出现一个明显的波浪峰后,流变应力有所降低,这表明发生了动态再结晶;随后出现一系列锯齿状波动,这是应变硬化与应变软化交互领先的结果,表明发生了部分动态再结晶;最终达到一稳态值,应变硬化与应变软化达到动态平衡。另外,随温度降低和变形速率增大,峰值应力增大。这是因为随温度的降低或变形速率的增大,加工硬化效应更加明显,必须发生更大的应变才能使动态软化效应与加工硬化效应相抵消,因此其峰值应变也增大。
(2) 铝合金是温度敏感材料。在相同的应变速率下,流变应力随变形温度的增加而减小,这种情况下的流变软化可归因于温度对变形抗力的影响:随着温度的增加,铝合金金属原子动能增加,原子振动幅度增加,更多位错被激活,滑移系增多,从而改善了铝合金晶粒的相互协调性,使得材料更容易变形,合金强度更低;同时,温度越高,动态回复和动态再结晶进行得越激烈,软化效应越明显,这些都使得流变应力随变形温度的增加而减少。
(3) 铝合金是应变速率敏感材料。在相同的变形温度下,流变应力随应变速率的增大而增加。当应变速率较高(=10 s-1)时,材料软化较明显,出现明显的波浪峰以及一系列的锯齿状波动,这种情况下的流变软化可归因于:在较大的应变速率下,材料发生了更多的变形机制而使内部的储存能升高,动态再结晶得以顺利进行;而在应变速率较低时,材料在变形过程中有充分的时间进行回复,储存能不断被回复消耗,无法发生再结晶,该过程以动态回复为主。
第四章 结论
 
本文在Gleeble-1500热模拟机上,采用圆柱体轴对称等温压缩试验,对一种新型高强高耐蚀性铝合金高温流变应力进行了研究。实验过程变形温度为350 ℃~550 ,应变速率为0.01 s-1~10 s-1,变形后立即进行水淬。得出如下结论:
1. 铝合金在低应变速率条件下应力迅速增大,无明显峰值,到达一定值后便趋于稳态变形。在较高应变速率下迅速一个明显的峰值,且其明显大于其后的峰值,随后后流变应力出现较大下降及周期性波动,最后也趋于稳态变形,表现出不连续动态再结晶特征;
2. 铝合金的热变形激活能Q值为154.3402KJ/mol,热压缩变形时的流变应力方程为:
3. 温升修正前后的峰值应力变化很小,故无须取修正后的峰值应力来重新计算其本构方程。误差分析得出相对误差基本在±10%以内,平均相对误差为3.37%,吻合较好,表明该本构方程能很好地表征实验材料的高温流变行为;
4. 对显微组织的研究表明:变形过程存在变形不均匀性,中心区域变形量最大;变形温度的升高和变形速率的增大,有利于再结晶的发生。

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作者:佚名

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