基于热加工图的6061铝合金热压缩变形特性研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对6061铝合金进行等温热压缩试验,研究变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1、压缩量为60%条件下合金的热变形特性,分析其高温流变应力行为,依据动态材料模型建立热加工图并结合热变形组织分析6061铝合金的热变形机制。结果表明,6061铝合金流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而下降,其高温软化机制以动态回复为主;合金在高应变速率下普遍存在流变失稳,最佳热加工区间变形温度为430~450℃,应变速率为0.01~0.05 s~(-1),该工艺范围内合金出现了部分动态再结晶组织。     

6061铝合金高温拉伸流变行为

利用Gleeble3500热模拟试验机对6061铝合金进行高温拉伸实验,研究变形温度为365℃~565℃和应变速率为0.01s-1~1s-1条件下6061铝合金的高温拉伸流变行为。结果表明,6061铝合金属于正应变速率敏感材料,流变应力随应变速率的增加而增大,随温度的增加而降低;通过线性回归分析计算6061铝合金的应力指数n及变形激活能Q,获得其高温拉伸条件下的流变应力本构方程。     

汽车用铝合金零件的半固态压铸数值模拟

对采用近液相线铸造法制备的6061铝合金半固态坯料进行热模拟压缩试验,根据试验获得的6061铝合金不同温度与应变速率下的应力—应变曲线,采用多元回归线性方法建立能够表征6061铝合金半固态变形行为的本构方程。根据Stefan等研究学者提出的半固态浆料的表观黏度与热模拟压缩试验中的应变速率等参数间的关系式,对表观黏度和剪切速率之间的关系进行了研究。应用仿真软件ANYCASTING模拟充填速度对6061铝合金半固态触变压铸过程的影响。结果表明:Bingham模型中表观黏度等各个参数的确定符合实际生产经验值,为6061铝半固态合金零件触变压铸过程的研究提供了一定的理论基础。     

6063铝合金半固态变形本构模型研究

采用Gleeble3800热模拟试验机,对近液相线半连续铸造方法制备的6063铝合金半固态坯料进行了热模拟压缩试验,变形温度为888～903K,应变速率为0.1～5.0s-1,研究了变形温度和应变速率对变形行为的影响。结果表明,半固态铝合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。变形温度和应变速率对峰值应力的影响较稳态应力显著。合金触变压缩流变应力的双曲正弦对数项与热力学温度倒数之间满足线性关系,流变应力与流变速率之间满足双曲正弦关系式。以半固态触变压缩试验结果为基础,建立了6063铝合金的半固态本构关系:σ=e(35.3183-0.03651T)ε-0.07075ε0.05982,通过计算结果与试验结果的比较可知,该模型具有较高的精度。     

6061铝合金热变形行为的研究

采用Gleeble-1500热模拟实验机研究了6061铝合金在变形温度573～773 K、应变速率0.01～2 s-1、最大变形程度45%条件下的高温压缩变形行为,分析了合金在高温变形过程中流变应力与应变速率和变形温度之间的关系,建立了6061铝合金高温变形的本构关系.结果表明:合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;试验条件下,该合金的流变行为可用Zener-Hollomon参数来描述,变形激活能为236.858 kJ/mol,应力指数为8.926.     

AA6061铝合金铸坯平面压缩本构模型及组织演变

利用Gleeble-3500热力模拟实验机研究AA6061铝合金铸坯平面压缩变形行为,分析其流变应力和组织演变规律。结果表明:平面压缩过程中流变应力随着变形温度的升高和应变速率的减小而逐渐降低;低温和低应变速率下(573 K/0.01 s~(-1)),随着应变量增大,达到峰值应力后应力软化程度较大。同时,建立了描述AA6061铝合金铸坯平面压缩变形行为的双曲正弦型本构关系模型。大变形区的晶粒呈扁长的板条状,其晶界处有大量的第2相析出,晶粒的长径比随温度升高而减小,随应变速率增大而增大,小变形区晶粒组织形貌主要为椭圆形等轴状晶;高温下(723 K),部分第2相溶入晶粒内部,热变形组织演变机理主要为动态回复。     

半固态7050铝合金材料的触变力学模型

为了系统研究半固态7050铝合金的触变力学行为,采用Gleeble-3500热模拟试验机对SIMA法制备的半固态7050铝合金进行单向压缩试验,利用SPPS数理统计软件拟合材料本构模型,最后通过MSC.MARC软件进行半固态轧制过程的数值模拟。结果表明:7050铝合金的压缩流变应力与温度、应变速率以及应变具有相关性,在0.1~10 s-1的应变速率范围内,流变应力随温度的升高而明显降低,随应变速率和变形量的增大而增大;利用压缩试验测得真应力—真应变关系,可以建立半固态7050铝合金分阶段触变变形的粘塑性本构模型,该模型基于半固态材料的力学特性,并考虑液相分数的影响;模拟计算得到的稳态轧制力约为25 MPa,与实际轧制实验结果基本吻合,证明所建立的本构模型是合理的。     

W-35Cu复合材料动态压缩变形行为及本构关系

通过Gleeble-1500热模拟试验机对W-35Cu复合材料进行了应变速率0.01 s~(-1)、变形温度25～950℃以及变形温度25℃、应变速率0.01～5 s~(-1)的压缩试验,获取了材料在试验条件下的真应力应变曲线,分析了温度、应变速率对材料塑性变形力学性能的影响。并利用试验数据拟合建立了材料的本构方程。结果表明:在0.01 s~(-1)应变速率下,随变形温度的升高,材料变形抗力减小,材料最佳加工温度在750～900℃;在25℃变形温度下,材料变形抗力随应变速率的增大而增大,且对应变速率比较敏感。对比验证表明,建立的本构方程能较好地表征材料在试验条件下的塑性变形。     

TA1/6061铝合金双金属热变形行为及热加工图

以TA1/6061铝合金双金属为研究对象，采用Gleebe-3800热模拟试验机，在变形温度为350～500℃、应变速率为0.01～1 s^-1、变形量为40%的条件下进行了单向热压缩复合试验，研究了TA1/6061铝合金双金属的热变形行为，建立了TA1/6061铝合金双金属本构方程及热加工图。结果表明，TA1/6061铝合金双金属热变形过程中的流变应力随着温度的上升和应变速率的降低而减小；基于试验数据建立的Arrhenius本构方程可以有效预测特定真应变下的真应力，其相关性系数为0.99642,热变形激活能为231434 J·mol^-1;基于热加工图、SEM图像和EDS线扫描图像，确定最优热加工工艺窗口为：变形温度为482～500℃,应变速率为0.011～0.192 s^-1。     

5083铝合金热压缩应力-应变曲线修正与热加工图

在Gleeble-3500热模拟试验机上对圆柱体5083铝合金试样进行温度为300～500℃、应变速率为0.001～1 s~(-1)条件下的热压缩试验。对实验获得的真应力应变曲线进行摩擦修正,依据摩擦修正后的应力应变曲线计算本构方程,采用包含Zener-Hollomon参数的本构方程描述摩擦修正后的5083铝合金流变应力行为,其热变形激活能为164.17 kJ/mol。根据摩擦修正后的真应力-应变曲线绘制热加工图,随着真应变的增加,失稳区域向着高应变速率、高变形温度区域扩展,5083铝合金适宜热变形工艺参数:变形温度为400～500℃、变形速率为0.01～0.1s~(-1)与340～450℃、变形速率为0.001～0.01 s~(-1)。随着变形温度升高与应变速率降低,晶粒内位错密度减少,主要软化机制逐渐由动态回复转变为动态再结晶。     

脉冲磁场下制备的AZ91D-3Ca合金的半固态压缩力学行为

利用Gleeble-1500热模拟机对脉冲磁场下制备的AZ91D-3Ca镁合金的半固态压缩力学行为进行了研究,考察了变形温度和变形速率对半固态压缩流变应力的影响。结果表明,与常规铸造的镁合金试样相比,脉冲磁场下制备的镁合金试样在400℃的高温压缩时并无优势,而在510℃的半固态压缩时具有较低的变形抗力;当其他条件相同时,随着变形温度的升高或变形速率的降低,合金的变形抗力逐渐减小;当应变速率为0.005～0.500s-1和变形温度为510～520℃时,合金的变形抗力在0.38～1.60MPa范围内。     

铸态AZ80镁合金高温热变形行为研究

在Gleeble-1500热模拟机上对铸态AZ80镁合金在应变速率为0.005s-1~5s-1、变形温度为200℃~400℃条件下的高温热压缩变形行为进行了研究。结果表明,材料真应力-真应变曲线呈现动态再结晶特征。在温度T≥250℃,试样流变应力行为对应变速率敏感;在低温下T=200℃,应变速率对流变应力影响不大。高温下试样流变应力符合幂指数函数关系,应力指数n为6,热变形激活能Q为220kJ/mol。在高应变速率条件下,试样在变形中的温升是应变量的函数。实验中,Zener-Hollomon参数值大的试样温升明显,而Zener-Hollomon值小的试样变形温度基本保持不变。     

7056铝合金高温热压缩流变应力行为

在Gleeble-1500热模拟机上对7056铝合金进行热压缩实验,变形温度为300～450℃,应变速率为0.01～10 s~(-1),研究其热压缩流变应力行为.结果表明:流变应力开始随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;应力峰值随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;可用包含Zener-Hollomon参数的双曲正弦关系来描述合金热流变行为,其变形激活能为224.3826 kJ/mol.     

Deformation mechanism and forming properties of 6061Al alloys during compression in semi-solid state

The 6061 semi-solid aluminium alloy feedstocks prepared by near-liquidus casting were compressed in semi-solid state by means of Gleeble-3500 thermal-mechanical simulator. The relationship between the true stress and the true strain at different temperatures and strain rates was studied with the deformation degree of 70%. The microstructures during the deformation process were characterized. The deformation mechanism and thixo-forming properties of the semi-solid alloys were analyzed. The results show that the homogeneous and non-dendrite microstructures of semi-solid 6061Al alloy manufactured by near-liquidus casting technology could be transformed into semi-solid state with the microstructure suitable for thixo-forming which are composed of near-spherical grains and liquid phase with eutectic composition through reheating process. The deformation temperature and strain rate affect the peak stress significantly rather than steady flow stress. The resistance to deformation in semi-solid state decreases with the increase of the deformation temperature and decrease of the strain rate. At steady thixotropic deformation stage, the thixotropic property is uniform, and the main deformation mechanism is the rotating or sliding between the solid particles and the plastic deformation of the solid particles.     

AZ31B镁合金薄板的单向拉伸行为实验研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对AZ31B镁合金薄板(0.6 mm)拉伸试样在100～350℃的温度范围和1×10-1～1×10-3s-1的应变速率范围内进行了的单向拉伸实验,根据实验结果对AZ31B镁合金薄板的力学性能进行了分析.结果表明:AZ31B镁合金薄板在较低变形温度100～150℃时,应变速率对流动应力的影响不大;相比之下应变速率对AZ31B镁合金的断裂伸长率却有一定的影响,提高应变速率会降低材料的伸长率;在较高变形温度(200℃以上)时,应变速率对流动应力的影响比较明显,表现出显著的应变速率敏感性.     

半固态7050铝合金热压缩变形行为

在Gleeble-3500热模拟机上对半固态7050铝合金进行了高温热压缩试验,研究了该合金在变形温度为420～465℃、应变速率为0.001～0.100s-1条件下的流变应力行为以及变形过程中的显微组织。结果表明,流变应力在变形初期随着应变的增大迅速增大,出现峰值应力后逐渐平稳,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而下降;流变应力可以用双曲线正弦形式的关系来描述,通过线性拟合计算出该材料的形变激活能等参数,获得流变应力的本构方程。随着变形温度升高和应变速率降低,合金中拉长的晶粒变大,合金热压缩变形的主要软化机制为动态再结晶。     

7150铝合金高温热压缩变形流变应力行为

在Gleeble-1500热模拟机上对7150铝合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为300~450 ℃和应变速率为0.01～10 s~(-1) 条件下的流变应力行为.结果表明:流变应力在变形初期随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;峰值应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述合金的热流变行为,其变形激活能为226.698 8 kJ/mol;随着温度的升高和应变速率的降低,合金中拉长的晶粒发生粗化,亚晶尺寸增大,再结晶晶粒在晶界交叉处出现并且晶粒数量逐渐增加;合金热压缩变形的主要软化机制由动态回复逐步转变为动态再结晶.     

AZ80镁合金热变形流变应力研究

在应变速率为0.001s-1～10s-1,变形温度为200℃～400℃条件下,在Gleeble-3800热模拟机上对AZ80合金的流变应力进行了研究。结果表明,AZ80合金的流变应力强烈地受变形温度的影响,当变形温度低于300℃时,其峰值流变应力呈现幂指数关系;当变形温度高于300℃时,其峰值流变应力呈现指数关系。在该文实验条件下,AZ80合金热变形应力指数n=8.43,热变形激活能Q=165.83kJ/mol。     

片状组织TA15钛合金动态球化行为

利用热模拟试验机对片状TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变速率为10-3～1 s-1、真应变为0.22～0.92、变形温度为900 ℃和950 ℃时片状组织的动态球化行为.结果表明,真应变对动态球化有较大影响,真应变从0.22增加到0.92时,α相的球化率最大增幅为40%;900 ℃和950 ℃变形时α相的球化率差别不大;当应变速率为10-3～10-1 s-1时,降低应变速率能够显著提高片状α相的球化率,但当应变速率大于10-1 s-1后,球化率随应变速率的变化并不明显.TA15钛合金的真应力-真应变曲线均呈"应变软化"型,这种软化行为主要是由片状α相的动态球化和弯折引起的.     

AM80-xSr-yCa镁合金高温压缩变形行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对一种新型AM80-xSr-yCa镁合金进行高温压缩变形实验,研究其在温度300℃~450℃、应变速率0.01s-1~10s-1条件下的流变行为。高应变速率下,试样的变形热带来的温升不可忽略,对真应力-真应变的测量值进行相应修正后,求得了本构方程中的系列常量。结果表明,应变速率和变形温度的变化,强烈影响着合金流变应力的大小,流变应力值随变形温度的降低和应变速率的提高而增大;金相组织观察表明,动态再结晶是该实验条件下晶粒细化和材料软化的主要机制,再结晶的程度主要受变形参数影响。变形温度越高,变形量越大,动态再结晶进行的越充分;应变速率越大,再结晶平均晶粒尺寸就越小。