半固态挤压7075铝合金的组织均匀性及三维组织分析

【摘要】：半固态加工工艺作为一种新型金属加工方式,在军工、车辆、机械等行业已得到广泛的应用。但在生产中发现,由于半固态成形的浆料是固液混合物,成形过程中容易出现组织不均匀的情况。零件组织不均匀,势必会造成零件性能的不均匀,进而会对零件的质量产生不良影响,所以对半固态成形过程中的组织均匀性进行研究很有意义。现有的研究资料一般是以金相照片为基础来描述半固态零件组织,而二维照片中的液相以及固相颗粒分布距离实际的三维形状有偏差,不利于精确地分析,因此探索三维组织分析方法对半固态金属组织不均匀性分析非常有价值。本文以7075铝合金半固态挤压件为研究对象,首先确定了保温温度、保温时间和模具温度等不同的工艺参数,半固态挤压工艺参数选择为:保温温度为5 9 0oC和6 0 0 o C,保温时间为5 m i n、1 0 m i n、1 5 mi n,模具预热温度为2 5 0 o C和290o C,挤压速度确定为20 mm/s。然后通过实验讨论了挤压过程中制件不同部位及不同参数对合金组织均匀性的影响以及规律,并探索了对金相组织进行三维重构的方法,对挤压零件的组织进行了三维定量测量。研究结果表明:(1)随着在半固态温度区间保温时间的延长,挤压态组织经再结晶逐渐转变为颗粒状半固态组织,且该过程随着加热温度的提高而加快。在10 min的保温时间内,加热温度在590o C以上可获得完全半固态化的组织,经过对组织均匀性的进一步分析,采用600o C下保温5 min的工艺方法可以制备比较优良的半固态坯料。(2)不同的工艺参数导致组织不均匀程度变化明显,控制好工艺参数,可以有效地降低制件组织不均匀的程度。半固态7075铝合金在挤压成形过程中,不管是正挤压还是反挤压,都会存在组织不均匀的情况;保温时间过长或过低、保温温度、模具预热温度过高或过低都不利于组织的均匀。保温时间过长、保温温度和模具预热温度过高都会使半固态坯料液相率提高,固相颗粒会发生异常长大,晶粒数量减少,直径变大;反之会使固相率过高,晶粒以较大的颗粒状存在,挤压试样时大颗粒之间的摩擦力较大,并且在压力作用下大尺寸的晶粒发生缠结,会严重影响固液向前流动的顺畅性。本实验中,模具温度为290o C时在600o C下保温10 min后挤压可以获得组织均匀性较好的挤压组织。(3)利用基于Mimics软件的连续切片三维重构方法对半固态7075铝合金的微观组织进行了三维重构,从得到的三维模型可以看出其组织为典型的近球晶组织结构。对其单个球晶的微观组织进行了三维重构,并进行了三维定量分析,得到单个球晶的形状因子为0.46,平均当量直径为24.02?m。本文研究表明,用三维重构方法分析半固态组织是可行的。