国产5083铝合金复杂零件超塑性成形工艺研究

针对国产工业铝合金超塑成形件性能不佳以及成形效率低的问题,本文以地铁用门立柱罩零件作为研究对象,对5083工业铝合金零件超塑成形工艺进行了研究。首先对国产5083工业铝合金进行了热拉伸试验,得到了不同温度和应变速率下材料的伸长率。然后利用MARC有限元软件对不同应变速率下的门立柱罩超塑成形过程进行有限元模拟,得到了应变速率对成形件减薄率以及成形效率的影响。最后结合模拟结果,在成形温度535℃和应变速率1.31×10-3s-1下利用有限元软件输出的压力-时间曲线成功地超塑性成形出门立柱罩零件,成形件的复杂难成形区域完全填充,过渡平滑,完全达到立柱罩零件质量要求,提高了成形效率。     

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。     

5083铝合金板在不同温度下的伸长率及拉胀成形极限

通过在不同变形温度和变形速率下进行单向拉伸实验,得到5083铝合金板材的伸长率变化规律,变形速率为1 mm·min~(-1)、变形温度为350℃时,伸长率达到最大值131%。运用Dynaform模拟5083铝合金板材在不同温度下的温成形实验,并利用自行设计的温成形实验装置进行实验验证,得到了不同温度下数值模拟和物理实验的成形极限图,对比发现:随着温度的增加,铝合金板的胀形极限增加,在300℃时材料的成形极限最高。最后,模拟了5083铝合金板材在不同温度下的温拉深破裂实验,并利用铝合金板温成形实验装置进行实验验证,得到了不同温度下的板料拉深极限直径,计算出不同温度下的极限拉深系数。研究表明,极限拉深系数随着温度的增加呈高-低-高的变化规律,5083铝合金板的温成形最佳温度为250℃。     

基于DIC技术的5083铝合金成形极限研究

5083铝合金板材的成形极限测定不仅精确度低而且实验过程复杂、成本较高,为了更加准确地得出5083铝合金材料的成形极限并降低结果成本,利用数字图像相关法技术和Nakajima实验对5083铝合金的成形极限进行研究。将5083铝合金材料做成不同尺寸的板材以改变其受力状态,并模拟材料实际所受的单向拉伸、平面应变和等双拉3种受力状态。利用应变率准则对5083铝合金材料的实验数据进行处理,得到实验条件下的5083铝合金的成形极限曲线。为方便快捷地预测出5083铝合金材料的成形极限,建立了5083铝合金成形极限的数学模型,将模型预测结果与实验结果具有很高的重合度,为预测5083铝合金的成形极限提供了较好的依据。     

Er、Zr微合金化5083铝合金的超塑性

针对5E83合金(Er、Zr微合金化5083合金),采用超塑性拉伸试验、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM),探究了Er、Zr微合金元素、晶粒尺寸、变形温度、应变速率对合金超塑性的影响。通过再结晶退火、空冷和水冷的搅拌摩擦加工(FSP),分别获得了晶粒尺寸为7.4、5.2、3.4μm的完全再结晶组织,作为初始状态进行超塑性拉伸。结果表明,初始晶粒尺寸越细小,超塑性伸长率越高。当晶粒尺寸>5μm时,超塑性变形过程晶粒粗化缓慢,细化初始晶粒可显著提高超塑性;而当晶粒尺寸<5μm时,超塑性变形过程晶粒粗化严重,进一步细化初始晶粒对超塑性的提高有限。不同变形温度、应变速率的超塑性拉伸结果显示在变形温度为450～540℃、应变速率为1.67×10^-4～1.67×10^-1 s^-1,超塑性伸长率随变形温度和应变速率的提高呈现先上升后下降再上升的趋势;变形温度为520℃、应变速率为1.67×10^-3 s^-1条件下,水冷FSP态合金获得最大伸长率330%...     

5083铝合金最佳超塑性变形行为

采用最大m值法研究5083铝合金不同轧制方向的超塑性。在500℃～535℃温度范围内,得到其试样延伸率以及最佳变形温度为525℃,同时对比恒速度法、恒应变速率法在525℃的超塑性能。实验结果表明,5083铝合金轧制后,晶粒产生各向异性,导致不同轧制方向的延伸率有显著差异。在温度500℃、525℃和535℃下采用最大m值法拉伸,其纵向试样延伸率分别为264%、331%、317%,而横向试样延伸率则分别为98%、129%、119%,纵向试样延伸率显著大于横向试样延伸率。在温度525℃下,5083铝合金基于最大m值法的拉伸效果最好,其纵向试样最大延伸率为331%,拉伸时间为3846s;在相同温度下,用恒速度法、恒应变速率法拉伸,其纵向试样最大延伸率分别为316%、302%,而拉伸时间分别为9141s、12602s,最大m值法的延伸率略大于恒速度法、恒应变速率法的延伸率,但最大m值法的拉伸时间较恒速度法和恒应变速率法有大幅缩减。     

低温ECAP制备1050铝合金试样的高温拉伸性能

通过拉伸试验、显微组织观察等手段,研究了初始应变速率和变形温度对低温等径角挤压(ECAP)制备的1050铝合金拉伸性能及晶粒大小的影响。结果表明,随初始应变速率的增加,流动应力不断增加;随着变形温度的升高,流动应力不断减小。当初始应变速率为5×10~(-4)s~(-1)、变形温度为400℃时,合金具有最大的伸长率90.4%。当变形温度为400℃,初始应变速率大于或小于5×10~(-4)s~(-1)时,合金的伸长率均逐渐降低。当初始应变速率为5×10~(-4)s~(-1),变形温度大于或小于400℃时,合金的伸长率均逐渐降低。随初始应变速率的降低和变形温度的增加,合金的晶粒尺寸增大明显。     

工业级5083铝合金市域车车门正反胀超塑性成形工艺

以工业级5083铝合金为研究对象,对市域车车门的铝合金外壁板的正反胀超塑性成形工艺进行了研究。对工业级5083铝合金在400～560℃,应变速率5×10~(-4)～5×10~(-3) s~(-1)下的单轴拉伸试验进行了研究,结果表明:工业级5083铝合金具有较好的高温伸长率,在480℃和10~(-3) s~(-1)条件下,最大伸长率为242%。基于高温拉伸得到的应力-应变曲线,构建了5083铝合金超塑性成形本构模型。设计了带嵌环的正反胀超塑成形凸模和凹模,通过嵌环与凸模或凹模的配合,可以实现一套模具完成左、右两侧车门的正反胀超塑成形。利用MSC.MARC软件对市域车左侧车门外壁板的正反胀超塑成形工艺进行有限元分析,选择合适的正反胀时间和压力,最薄部位位于窄侧把手与门框之间,最小厚度为2.56 mm。最后进行了左侧车门外壁板的正反胀超塑成形试验,成功地制造了表面质量良好、型面精度满足要求的左侧车门外壁板。外壁板最小厚度2.69 mm,最大减薄率为32.75%,出现在窄侧把手与门框相接位置,与模拟结果相一致。     

不同退火温度对5083冷轧板组织性能的影响

以冷变形量为66.7%的5083铝合金冷轧板为研究对象,从常温(30℃)开始至600℃,30℃间隔为一个实验进行退火,研究不同退火温度对5083冷轧板组织性能的影响。研究结果显示,5083冷轧板在150℃进入回复阶段,晶粒无明显变化,强度降低,伸长率增加;当270℃退火时,组织已经发生了再结晶;随着温度的继续提升至420℃时,晶粒略有长大;当温度升至600℃时,强度和伸长率都急速下降,晶粒也异常长大,组织出现过烧现象。