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新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金厚板多向锻造晶粒细化的研究

白林振  
【摘要】:高强高韧且耐腐蚀的Al-Zn-Mg-Cu系高性能铝合金厚板是现代航天、航空、军用设备和民用设施等领域不可缺少的关键结构材料。在现有设备条件下,传统加工方式难使铝合金获得充分变行,所以难以实现铝合金厚板的组织细化和均匀化,而多向锻造在材料内部产生大变形的同时能有效防止织构,同时其无需大功率和特殊设备,所以后广阔的应用前景。 本文以一种新型的Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金为研究对象研究了其热变形力学特性和组织演变规律、镦拔变形方式对组织演变的影响规律及颗粒状第二相对再结晶过程的影响,最后对Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金厚板多向锻造工艺过程进行了优化,具体研究内容及结果有: 1、采用Gleeble-1500D热力模拟试验机,对新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的变形过程进行工艺模拟,研究了250℃~420℃变形温度范围、0.01 s-1~1s-1应变速率和20%~80%变形量范围内的组织演变规律。获得了最佳工艺参数,为多向锻造工艺过程的制定提供理论支持。 2、研究了镦粗和拔长变形方式对高强铝合金热变形过程中组织演变规律的影响,研究结果表明,相同锻比下,镦粗变形获得的应变值较低,变形不均匀,组织细化效果不明显;而拔长变形获得的应变值较高,且应变分布均匀。拔长后组织发生较大的变形,细化效果较明显。这一研究结果为多向锻造过程镦粗和拔长锻比的分配提供了理论基础。 3、研究了颗粒状第二相对新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金再结晶过程的影响。由于尺寸大于1μm的粒子能够起到颗粒激发形核从而促进再结晶的作用,同时要满足粒子激发形核判据Fv/r0.2 ,所以设计了470℃/2h固溶+400℃/8h时效以及400℃(8h,10h,12h,14h,16h,)直接时效析出获得满足条件大尺寸颗粒的两种实验方案进行对比,对比结果表明400℃+12h时效后第二相颗粒满足颗粒激发形核判据。将热处理后试样镦粗50%后对比组织看出400℃+12h时效下的组织最为细化,所以确定最佳热处理制度为400℃+12h。 4、根据已确定的热处理制度400℃+12h,锻造温度420℃,应变速率0.01 s-1以及拔长锻比大于镦粗锻比的变形方式对Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金厚板多向锻造工艺过程进行了优化。Deform模拟结果表明,试样心部应变可以达到9.5,大部分区域等效应变在7以上,且分布比较均匀。


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