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大变形—等温耦合制备AZ91D半固态组织研究

单晓磊  
【摘要】: 半固态成形技术是目前最具潜力的先进制造技术之一。半固态材料的制备是半固态成形技术的基础和关键,要求其微观组织为细小、均匀、呈近球状的非枝晶组织。应变诱发熔化激活法(SIMA)不需要复杂的设备,制备工艺简单,能够克服电磁搅拌法对熔体污染等缺点。本文采用基于大变形的SIMA法制备了半固态AZ91D合金,即将AZ91D合金进行等通道侧向挤压(ECAE)和正挤压预变形处理,再在半固态温度区间进行等温处理,通过控制预变形量、等温温度和保温时间等工艺参数获得了适合半固态成形的细小、均匀、呈近球形的微观组织。 本文首先采用DEFORM-3D软件对基于大变形的ECAE技术进行了有限元模拟,指出了在有无摩擦条件下单道次和连续四道次的等效应变分布规律,通过引入了变形不均度参数,定量描述了ECAE挤压过程中各个变形面的变形分布规律,得出BC路径变形不均度最小。同时指出ECAE挤压过程中试样所受的应力场的不同,稳定变形区流动速率的不同和摩擦是形成变形不均匀的三个主要因素。 本文利用挤压比为7的正挤压和挤压路径为BC的ECAE制得预变形坯料,然后在半固态温度区间进行等温处理,研究了晶粒尺寸和圆整度分布随制备工艺参数的变化情况,指出四道次ECAE挤压后制得的半固态晶粒尺寸最小,而且球化效果也比正挤和一道次的要好。对于挤压比为7的正挤压和一道次ECAE挤压来说在570℃保温10-15分钟可以获得最佳的半固态组织。对于四道次ECAE挤压来说保温10分钟可获得最佳的半固态组织。同时指出大变形SIMA法制备半固态组织的主要演变机理是再结晶转变机制。 最后结合神经网络理论的优点,建立了AZ91D合金半固态等温过程中微观组织演化的BP神经网络模型,并对该模型的可靠性进行了测试。测试结果表明,该模型的计算精度较高,晶粒平均直径的计算误差在8%以内,并运用此模型进行了晶粒尺寸的预测,预测结果与试验结果吻合。


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