挤压-剪切薄壁中空镁合金型材成形过程物理场及微观组织

为研究镁合金圆管挤压成形薄壁中空方管的可行性及其性能,本文通过挤压-剪切复合成形工艺将AZ31镁合金圆管坯料直接制备成厚度为2 mm的薄壁中空方形管材。结合DEFORM-3D软件对不同温度下镁合金方管成形过程中成形载荷、挤压速度、等效应变等进行了数值模拟。结果表明：温度的大小影响成形载荷的分布,合适的成形速度与温度有利于镁合金方管的成形。通过挤压-剪切复合工艺可直接一道次成形薄壁中空方管,且成形方管的晶粒尺寸得到有效细化;在400℃下成形方管的屈服强度约为230MPa,伸长率约为20%,断裂方式为准解理断裂;在动态再结晶和较大的剪切作用下,成形方管的基面织构分散程度较高,强度明显弱化,其综合性能得到提高。在挤压-剪切复合成形过程中,可以通过降低变形速度和提高变形温度来获得良好性能的镁合金方管。     

双向双通道变通径挤压AZ31镁合金的显微组织及变形行为

在不同温度下,采用双向双通道变通径挤压(DDE)对AZ31镁合金进行挤压,研究该工艺对其组织、力学性能、拉压不对称性和断裂行为的影响。结果表明:与均匀态AZ31镁合金相比,挤压后所得试样的晶粒显著细化,力学性能和拉压不对称性得到改善;与采用等通道角挤压工艺多道次挤压试样的力学性能相比,该工艺具有一定的优势。此外,随着挤压温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,显微硬度、抗拉强度和压缩率逐渐降低。从250℃到450℃,晶粒尺寸从6μm增大到26μm,硬度值(HV)从67降低到56,抗压强度从400MPa降低到343MPa,压缩率从14.8%降低到9.7%。均匀态AZ31和挤压态AZ31的压缩断口均为穿晶断裂,前者断裂机理为脆性解理断裂,后者为韧脆结合型准解理断裂。     

挤压温度对喷射成形Zn-Al-Mn-Cu-Mg合金组织与力学性能的影响

本试验利用喷射成形工艺制备Zn-Al-Mn-Cu-Mg合金,研究了挤压温度对喷射成形合金材料的微观组织及力学性能的影响。结果表明,挤压温度为280℃时,喷射成形Zn-Al-Mn-Cu-Mg合金晶粒细小,挤压温度升高,合金组织逐渐粗化,并析出富锰化合物ZnAlMn6。在研究条件下,喷射成形Zn-Al-Mn-Cu-Mg合金经280℃挤压,抗拉强度和伸长率均最高,分别为496.9 MPa和5.31%;而经320℃挤压后,合金的抗拉强度和伸长率均最低,分别为441.2 MPa和3.40%,合金硬度并不随着挤压温度提高发生明显变化。喷射成形Zn-Al-Mn-Cu-Mg合金适宜的热挤压温度为280℃左右,合金具有良好的力学性能。     

温度对纯铜等通道挤压变形组织的影响

为了研究温度对纯铜晶粒细化的影响,分别在室温、160、200、250℃下,对纯铜进行挤压变形。结果表明,在室温下等通道挤压,退火态纯铜随挤压道次的增加,晶粒细化,硬度值逐渐升高,最后趋于饱和。从室温到250℃,随着挤压温度的升高,晶粒的尺寸明显减小,晶粒细化更显著。     

累积叠轧温度对AZ31镁合金组织和性能的影响

通过光学显微镜、室温拉伸试验、显微硬度计、X射线衍射仪、扫描电镜等方法研究了累积叠轧温度对AZ31镁合金晶粒尺寸、基面织构、界面结合情况及力学性能的影响。结果表明:3道次累积叠轧后的AZ31镁合金晶粒细化效果明显,硬度增大,随着累积叠轧温度的升高,晶粒细化效果减弱,硬度增加趋势减弱。累积叠轧温度升高有弱化基面织构的作用。AZ31镁合板材在450 ℃累积叠轧3道次,综合力学性能最佳,为显微硬度70.64 HV0.05,抗拉强度288.64 MPa,屈服强度203.76 MPa,伸长率16.96%,界面结合强度21.53 MPa。     

热挤压工艺对6061铝合金组织及性能的影响

研究了不同热挤压工艺参数对6061铝合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,当挤压温度为450℃时,随着挤压比的增大,晶粒明显细化,抗拉强度和伸长率也随之提高。当挤压比为10时,随着挤压温度的升高,再结晶晶粒数量增加。当挤压温度升高到500℃时,再结晶晶粒快速长大粗化,晶粒细化作用减弱,此时,合金的抗拉强度随挤压温度的升高整体呈下降趋势。在本试验范围内,6061铝合金经过挤压温度为450℃,挤压比为10的挤压变形后得到的组织均匀细小,力学性能较好。     

基于数值模拟的TA1等温等通道角挤压变形行为与试验研究

采用Deform-3D对TA1等通道角挤压过程进行数值模拟,分析材料变形过程的流动规律、等效应力应变分布情况及载荷变化情况。结果表明,材料在模具通道转角处发生剧烈塑性变形,成形载荷迅速增大,整个挤压过程载荷波动剧烈,截面上应力应变分布不均匀。进行了等温等通道角挤压变形试验,结果表明,TA1在400℃下经等通道角挤压后零件表面光顺,无起皱破裂现象;材料的抗拉强度由挤压前404 MPa提高到585.24 MPa,材料显微硬度由211.49 HV提高到261.32 HV。金相结果显示,粗大的原始晶粒挤压后明显细化,在晶粒内部存在少量变形孪晶。     

汽车用AZ31镁合金板材轧制工艺研究

采用光学显微镜(OM)、硬度测试等手段研究了轧制温度和压下率对AZ31镁合金铸轧板材显微组织和硬度的影响。结果表明:轧制温度350℃和总压下率72%轧制的AZ31镁合金试样组织中有大量孪晶出现,细小的再结晶晶粒分布在孪晶内部和α相晶界处,将大尺寸晶粒分割成较小晶粒,未发生再结晶的晶粒明显发生扭曲变形,组织得到明显细化。在350～410℃,随着轧制温度的升高,AZ31镁合金试样平均晶粒尺寸逐渐增大,试样硬度逐渐降低。轧制温度350、380、410℃,总压下率72%时,试样的硬度分别为86.6、84.7、79.5HV。     

基于Anycasting的挤压铸造镁合金试样力学性能研究

选用AZ91D镁合金为研究对象,使用Anycasting软件,对标准拉伸试样进行模拟,以浇注温度、挤压压力、模具温度为影响因素,分别绘制不同工艺参数下的力学性能曲线,观察对比各个试样的晶粒尺寸,研究了挤压铸造工艺参数对AZ91D镁合金力学性能的影响。结果发现,力学性能随浇注温度先增大后减小,随挤压压力增大而逐渐增大;模具温度对铸件的影响,与浇注温度有类似的规律。在浇注温度为670℃,模具温度为200℃,挤压压力为120MPa时,挤压铸件能够获得理想的力学性能,其σb=235MPa,δ=4.6%,硬度(HV)为62左右。由于在压力的作用下,引起AZ91D镁合金在铸造过程中过冷度过大,提高了凝固合金的冷却速度,同时也提高了导热系数,增加了形核率,从而到细化了晶粒,提高了合金的力学性能。     

轧制温度对AZ31镁合金板材组织和性能的影响

以多向锻造AZ31镁合金为板坯进行高应变速率轧制成形,研究轧制温度对板材组织与力学性能的影响。结果表明：镁合金高应变速率轧制成形前期,孪生作用增强,形成大量的■拉伸孪生和■二次孪生;变形后期,由于孪生诱发动态再结晶的作用,合金晶粒组织明显细化。在压下量为80%的高应变速率轧制下,轧制温度为250～400℃时,轧制板材组织均发生了完全再结晶,平均晶粒尺寸随着轧制温度的升高从6.97μm增加至8.13μm,但由于轧制板坯的初始晶粒尺寸较小,晶粒尺寸随着轧制温度的升高变化较小;轧制板材的抗拉强度和伸长率均高于315 MPa和25%,表明高应变速率轧制工艺可以在较宽的温度区间内制备力学性能稳定的镁合金板材。     

非对称轧制AZ31镁合金板材组织与性能

采用商用连铸连轧AZ31镁合金板材,通过小辊径非对称轧制工艺,研究在150,200,250℃温度条件下多道次非对称轧制对镁合金板材组织、织构和力学性能的影响。结果表明,不同轧制温度下,镁合金板材的晶粒细化机理不同,150℃时以孪晶细化为主,部分晶粒发生动态再结晶,200和250℃时板材晶粒细化机理为动态再结晶。对比分析了对称轧制和非对称轧制板材织构演化规律,随着轧制温度的升高,非对称轧制板材基面织构依次增强,但明显低于对称轧制板材。     

ECAE工艺处理对GCr15钢显微组织及力学性能的影响

对GCr15钢进行高温ECAE工艺处理,对处理后的试样进行显微组织观察分析并且对挤压前后GCr15钢力学性能进行测试。试验结果表明:在温度为950℃时,经单道次ECAE挤压后合金具有相对高的硬度580 HV,相对挤压前硬度提高了61%;GCrl5钢的显微组织与未挤压试样相比晶粒发生了很大的变形;GCr15钢试样原始组织为直径50μm的粗大等轴晶粒,经单道次ECAE挤压后,晶粒被显著细化到挤压后的8μm左右,原始的GCrl5钢晶粒等轴组织在剪切力的作用下被粉碎并且沿剪切方向明显被拉长,形成了带状组织,原来多角状和大块的第二相颗粒被粉碎成细小的颗粒均匀弥散分布在基体中,使显微组织得到显著细化。     

工业纯铝管挤压成形过程的数值模拟

针对连续挤压法生产制冷铝管过程中经常出现的焊合不良、尺寸超差和壁厚不均匀以及力学性能不达标等问题,利用DEFORM-3D有限元软件对铝管的挤压过程进行数值模拟,分析挤压温度和速度对温度场、应力场和晶粒尺寸的影响,为挤压工艺参数优化提供指导。结果表明：挤压速度一定时,定径带出口温度随胚料预热温度的升高而增加,应力随着挤压温度升高逐渐降低,平均晶粒尺寸随着挤压温度的增加而变大。挤压温度一定时,出模孔温度随挤压速度升高而增加,应力峰值随着挤压速度的增加呈先增大后降低的趋势,平均晶粒尺寸随着挤压速度的增加呈逐渐降低的趋势,管材焊缝处的晶粒尺寸比基材小。在此模拟条件下最佳工艺参数为460℃、25 mm/s,铝管和焊缝的晶粒尺寸分别为24.7μm和24.3μm。     

ZK60镁合金往复挤压实验研究

通过塑性变形装置实现了挤压态ZK60镁合金往复挤压实验,探讨了显微组织演变过程和力学性能变化。结果表明:相比初始挤压态,350℃往复挤压后各个道次的试样具有更加优良的显微组织和力学性能。随挤压道次增加,显微组织晶粒更加细化,等轴细小晶粒增多,组织均匀性不断提高;拉伸断口形貌显示随着道次增加,韧窝数量与深度明显增加,变形能力提高显著。拉伸实验数据表明,往复挤压很大程度上改善了ZK60镁合金的力学性能,特别是塑性变形能力。1道次往复挤压后,径向硬度都比原始态高,并随温度升高有下降的趋势,轴向硬度也随着温度升高而降低,390℃下试样轴向硬度与初始样硬度值接近;350℃下不同道次往复挤压后,试样中部径向、轴向硬度随道次增大而降低,而颈部径向硬度呈不规律性变化。     

选区激光熔化成形Al-Si-Mg-Zr合金的微观组织与力学性能

本文以高Mg含量Al-Si-Mg合金为基础,通过引入Zr作为晶粒细化剂,设计并制备了选区激光熔化(SLM)成形Al-8.0Si-2.56Mg-0.41Zr合金,系统研究了不同激光扫描速度对合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品微观组织和力学性能的影响。结果表明,样品的SLM成形性良好,最大相对密度约为99.5%。样品由分布于熔池边界的细小等轴晶和熔池内部的柱状晶构成,样品的晶粒尺寸明显小于SLM成形Al-Si-Mg合金。成形态样品的硬度最大值为(173±2) HV。当时效温度≤200℃时,样品的Vickers硬度随时效温度的增加而逐渐增大;当时效温度≥250℃时,样品的硬度迅速降低。样品在150℃下的等温时效处理结果表明,随着时效时间的增加,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐增大,当时效处理时间为12 h时,样品的硬度和压缩屈服强度具有最大值,分别为(194±2) HV和(512±4) MPa。     

ICAE对汽车用AZ31镁合金板材组织性能影响实验研究

汽车轻量化需要细化金属晶粒,提高板料综合性能,因而研究并优化模具结构、改善变形过程成为AZ31镁合金板材塑性成形工艺当前的研究内容。提出了减径通道转角(ICAE)挤压工艺。试验研究了ICAE制备的200 mm×2 mm的AZ31镁合金板材组织与性能,结果表明:在ICAE过程中,通过晶粒破碎和动态再结晶可以显著细化合金晶粒,挤压后的平均晶粒尺寸约为2~4μm,且晶粒大小均匀,力学性能较传统方法成形的挤压板材大幅度提高。     

工艺参数对连续流变轧制成形Mg-3Sn-1Mn合金板材组织和力学性能的影响

开发了Mg-3Sn-1Mn合金板材倾斜板连续流变轧制成形工艺,并研究工艺参数对合金板材微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着轧辊转速的增加,板材的初生晶粒平均直径增大;随着倾斜板振动频率增加,板材的初生晶粒平均直径先减小后增大,板材的抗拉强度和伸长率先增加后降低.随着浇注温度的升高,板材的初生晶粒平均直径逐渐增大,板材的抗拉强度和伸长率逐渐降低.当浇注温度为670℃、轧辊转速为52mm/s、倾斜板振动频率为60 Hz时,制备了组织性能较好的Mg-3 Sn-1Mn合金板材,其力学性能优于添加0.87％Ce(质量分数)的Mg-3Sn-1Mn合金热轧板材的力学性能.     

两步升温热轧工艺对AZ31镁合金薄板各向异性及成形性能影响（英文）

采用两步梯度升温轧制工艺对AZ31镁合金板材进行轧制，探究轧制过程对镁合金板材显微组织织演化、各向异性及成形性能的影响。第I步轧制在300℃开展，其每道次压下量为15%；第II步轧制在550℃进行，其每道次压下量为40%。经过共4道次轧制后，最终获得厚度为1 mm的镁合金薄板。结果显示，第I步低温轧制过程不更换轧制方向时，试样中生成大量剪切带；而更换轧制方向时，组织内部主要为孪晶和再结晶晶粒。随着II步轧制温度的升高，由于动态再结晶急剧激发，剪切带数量及尺寸逐渐减小，晶粒明显细化。根据IGMA分析得出，非基面滑移，特别是棱柱面滑移活动增强。轧制退火后的AZ31镁合金薄板的力学性能得到提高，各向异性减小，冲压成形性能得到明显改善。     

热挤压AZ80镁合金管材的组织与力学性能

对AZ80镁合金管材的挤压工艺进行研究,对挤压前后材料的组织与力学性能进行分析。结果表明,经过热挤压后,镁合金的晶粒细化,力学性能有较大提高。晶粒尺寸由挤压前铸态的28μm细化到挤压后的4μm,抗拉强度由162 MPa提高到265 MPa,屈服强度由74 MPa提高到180 MPa,伸长率由4%提高到14%。随着挤压比的增加,晶粒细化明显,伸长率和屈服强度增加。对于挤压AZ80镁合金管材,合理的挤压工艺参数：挤压比为18.2,坯料温度为390℃,模具预热温度为360℃,挤压速度为1 mm/s,凹模锥半角为60°-70°。     

Al/Mg双层方管渐进扩径成形的数值模拟及实验研究

为了研究渐进扩径成形(Progressive expanding forming,PEF)工艺对Al/Mg双金属复合方形管材成形过程多物理场及微观组织的影响,根据PEF工艺的特点,采用DEFORM-3D软件建立了三维热力耦合的有限元数值模型并进行模拟,在PEF工艺实验中开展了微观组织表征及硬度测试,研究了预热温度对成形载荷及坯料形变的影响、挤压速度对坯料温度场及等效应力的影响,以及不同坯料预热温度对Al/Mg双金属微观组织的影响。结果表明：PEF工艺可以产生大塑性变形(Severe plastic deformation),有效地细化双层方管的微观组织,并且能够直接一次形成壁厚为3 mm的Al/Mg双金属复合方管;坯料预热温度从340℃上升到430℃时,成形载荷呈下降趋势,下降了约28.6%;挤压速度越快,挤压剪切扩径区的等效应力越大;在Al/Mg双金属复合界面过渡区会形成Mg₁₇Al₁₂、Mg Al、Mg₂Al₃三种铝镁的化合产物,结合层硬度较高;当挤压速度为10 mm/s、挤压温度为400℃、扩...