基于最大m值法的商用5083铝合金材料性能测试

采用最大m值法在450、475、500℃下测试商用AA5083合金材料性能,并与恒速度、恒应变速率法拉伸试验结果进行了对比分析.结果表明:该商用AA5083铝合金塑性较差,在450、475、500℃下恒应变速率、恒速度拉伸,伸长率普遍小于100％,超塑性不明显.采用最大m值法测试材料性能,其在450、475、500℃下伸长率分别为105％、107％、154％,但超塑性依然不明显.随着变形程度增大与温度的升高,该商用铝合金原始的长条状组织不断开始断裂并趋于变短,最后变成等轴组织.     

5083铝合金气胀成形恒应变速率压力加载方式研究

采用国产工业态5083铝合金,通过气胀成形方式试制高铁车窗零件。对5083铝合金原始金相组织进行分析,发现其平均晶粒尺寸为24μm,远大于国外细晶材料的晶粒尺寸,很难进行超塑成形,因此选择合适的成形参数(成形温度、应变速率、压力加载曲线)来弥补材料在超塑性能上的不足。在不同温度和应变速率条件下对试样进行高温拉伸试验,结果表明:当温度小于475℃,伸长率普遍小于100%;当温度为550℃时,伸长率受应变速率影响变化剧烈,不适合作为成形温度。因此选择气胀成形的温度为525℃,应变速率为6. 56×10~(-4)s~(-1)。通过对成形过程中圆角的应力应变状态进行分析,得到了圆角成形的恒应变速率压力加载方式,并研究了当圆角两边夹角角度变化时恒应变速率压力加载曲线的差别。     

7075铝合金高温变形及损伤极限

在350、400和450℃温度下,对7075铝合金拉伸试样进行了应变速率0.001、0.01和0.1s-1的恒应变速率法拉伸试验;对预缩颈试样进行了速度为0.9和9mm·min-1的恒速拉伸试验;利用DEFORM-2D有限元软件对恒速拉伸过程进行模拟。结果表明:变形温度为影响7075铝合金断裂极限的主要因素;7075铝合金在研究温度范围内C~L损伤模型临界损伤值在0.79~1.42范围内变化;棒料拉伸过程中损伤值由中心向表面逐渐减小。     

TC4钛合金板材超塑性性能研究

采用最大m值法、恒应变速率法在850~910℃下测试TC4钛合金板材的超塑性性能,分析了工艺参数对TC4钛合金板材的流动应力、应变速率敏感性指数和微观组织演变的影响。结果表明:该合金的最佳超塑性变形温度在850℃左右,在该温度下的基于最大m值法、恒应变速率法拉伸的伸长率均达到了最大且分别为1031%和631%,而在850℃下最大m值法拉伸能获得材料的最佳超塑性;当变形温度为850~910℃时,最佳变形速率0.00031~0.001 s~(-1);随变形温度的升高、应变速率的降低,该合金的流动应力降低,最大为70 MPa;该合金在850℃、应变ε=0.1条件下的应变速率敏感性指数m值最大且为0.58,并随着变形温度、应变量的增加而降低:超塑性变形中其内部发生了明显的动态再结晶,温度越高,晶粒越粗大。     

冷轧变形量和退火制度对超快速加热下5083铝合金晶粒尺寸的影响

利用Gleeble-3500热模拟系统和电子背散射衍射(EBSD)技术对5083铝合金的超快速退火组织演变规律进行研究,探讨了快速加热速度、退火温度及冷轧变形量对5083铝合金晶粒尺寸的影响。结果表明,5083铝合金经80%的冷轧变形后分别以25、250、500℃/s的加热速度升温至450℃保温3s后以40℃/s冷却时,平均晶粒尺寸随加热速度的增加由7.43μm细化至4.98μm。5083铝合金经80%冷轧变形后在不同退火温度(350、400、420、450和500℃)下进行超快速退火(加热速度500℃/s,保温时间3 s,冷却速度40℃/s)后,所得晶粒尺寸先减小再增大,在420℃退火时,晶粒尺寸达到最小,为4.82μm。再结晶晶粒尺寸受晶界迁移速率和形核率的耦合作用,在350~420℃超快速退火时,由于快速加热使形核率急剧增大,而形核温度较低,使晶界迁移速率较小,导致晶界迁移速率小于形核率,因而再结晶晶粒尺寸由5.23μm细化至4.82μm;在420~500℃超快速退火时,形核温度变高,晶界迁移速率快速增大,则晶界迁移速率大于形核率,使合金晶粒由4.82μm粗化至6.20μm,420℃是5083铝合金晶界迁移速率和形核率之间竞争的一个临界点。5083铝合金经50%、60%、71.4%、80%和87.5%的冷轧变形后以500℃/s的超快速加热速度升温至450℃保温3 s后以40℃/s冷却,所得平均晶粒尺寸分别为7.94、6.82、6.03、4.98和4.84μm,随轧制变形量的增大晶粒尺寸减小,但是冷轧制变量达到80%以后再进行超快速退火晶粒尺寸减小不明显。     

工业牌号铝合金的超塑性能及微观组织演化特征

采用实验方法研究国外广泛用于汽车车身板件冷冲压成形的工业牌号铝合金板材AA5182和6016的超塑性能,以及超塑变形中微观组织的演化特征。通过超塑性单向拉伸试验、材料变形前后的微观组织观察和自由胀形试验,揭示出铝合金AA5182具有一定的超塑性能,而铝合金6016的超塑性能很低。铝合金AA5182在温度为375℃、应变速率为1.67×10-3/s时,材料的延伸率达到210%,m值达到0.25;在温度为500℃、应变速率为1.67×10-2/s时,材料延伸率达到225%,m值达到0.35。     

基于温度变化的AA5083合金拉伸变形行为描述

在温度为100℃~525℃,应变速率为0.008s-1、0.013s-1条件下,采用恒应变速率法研究AA5083合金板的流变行为,以及流变应力、变形温度与应变速率之间的关系。结果表明,在该条件下,AA5083合金受应变速率硬化与应变硬化共同作用;其应变速率敏感性指数随温度的升高逐渐增大,应变硬化指数随温度的升高逐渐减弱至零,而后略有增大。建立了材料基于温度变化的修正Fields-Backofen本构模型,其值与实验值吻合良好。     

基于最大m值法的超塑性胀形最佳压力加载方式

采用最大m值法拉伸试验获得了随应变变化的最佳应变速率关系曲线,以控制钣金超塑胀形气压加载,使得板料变形集中部位的实际等效应变速率等于变化的最佳应变速率,而非等于恒应变速率拉伸获得的最佳应变速率定值,从而获得比目前基于恒应变速率超塑胀性更优良的成形性能。以2A12铝合金为研究对象,采用最大m值法拉伸实验获得其最佳应变速率关系曲线,以控制超塑性胀形,并与恒应变速率胀形进行比较;为改善壁厚均匀性,设计了正反胀形模具与工艺,并结合有限元软件MSC.Marc 2010,对整流罩进行单向和正反向胀形模拟,并进行实验验证。结果表明,对于单向胀形,基于最大m值法的简化应变速率胀形,其成形时间仅为760s,较恒应变速率胀形3 360s大幅缩短,而二者的减薄率分别为70.4%和70.9%,在降低减薄率的同时,极大的提高了胀形效率;基于最大m值法的简化应变速率正反胀形,零件最小壁厚为1.157mm,较基于最大m值法的简化应变速率单向胀形零件的最小壁厚0.887mm有一定程度增加,而不均匀性则由69.97%降为28.9%,有效改善了壁厚均匀性;实验证明,采用最大m值法的胀形件的最小壁厚有所提高,均匀性得到了有效改善,且壁厚分布与模拟结果相吻合。     

诱发钛合金塑性增强的分步超塑性成形法

介绍了分步超塑成形法,从成形方式上探索一种增强材料塑性的途径。分步超塑成形过程中,分别以恒速度与最大m值法,分两步先后作用于拉伸试样,通过控制初始变形方式的变形量以及各步间隙时间等,来促使材料内部产生晶粒细化、组织结构改善等,从而增强材料塑性。实验比较了单步拉伸成形与分步拉伸成形,以及分步成形中恒速法的预应变量对金属延伸率与组织的影响。结果表明:未经特殊细化处理的TC6钛合金分步拉伸,其恒速变形的工程应变为2.0时,可获得延伸率为2053%,而同温度下单步恒速与最大m值法拉伸的延伸率为753.9%与1347%;TC4钛合金在分步拉伸中恒速应变量为1.5时,可获得2147%的大延伸率。可见分步成形显著诱发了塑性增强。此外,预应变量决定着拉伸试样的晶粒组织大小。     

工业纯铝超塑性的研究

本文研究了国产工业纯铝的超塑性。纯度为99.5％的铝试样,经500℃退火3小时,在300～500℃范围内进行拉伸试验,350℃和初始应变速率ε_0=8×10~(-2)1/分时具有最大延伸率。温度为350℃时,用初始应变速率ε_0=8×10~(-3)1/分到6×10~(-2)1/分不同的应变速率进行拉伸试验,初始应变速率为8×10~(-2)/1分时延伸率出现峰值。另一方面,晶粒尺寸较小试样的延伸率小于晶粒尺寸大的试样的延伸率。在拉伸过程中晶粒长大、晶粒拉长以及在拉伸过程中发生再结晶。最大的应变速率敏感性指数m=0.3,最大延伸率为164％。说明工业纯铝在一定的温度和应变速率时具有轻微的超塑性。