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熔体处理对易拉罐用铝材热变形的流变应力与微观组织的影响

王沁峰  
【摘要】:本研究通过动态热∕力模拟试验以及OM、TEM等现代分析手段,系统地探讨了熔体处理前后易拉罐用铝材的冶金质量和高温变形行为及其之间的联系,并在此基础上进行了多道次热压缩模拟的初步试验,探讨了热变形工艺的影响规律,为材料的实际热加工工艺规范的选择和优化提供可靠的试验依据。获得的主要研究结果有: ①高效熔体处理和适当的均匀化退火(450℃×12h)可以有效地改善和提高易拉罐用铝材的冶金质量和力学性能,尤其是塑性。不同处理条件的铝材在不同变形条件下的流变曲线存在较明显差别,即在较低的变形温度或较高的应变速率下,不同处理条件的材料的高温流变应力差距较大;随着温度升高或应变速率降低,流变曲线的动态软化趋势增强,流变应力下降,且不同处理条件的材料的流变应力差距缩小,温度较高或应变速率很低时,则趋于一致。双曲正弦函数形式修正的Arrhenius关系可以更好地描述稳态流变应力和应变速率、变形温度的关系,表明该材料的热压缩变形是受热激活控制的。据此求解出热变形材料常数,说明熔体处理效果越好,热变形激活能Q值越低;高效熔体处理后经450℃×12h的均匀化,Q值进一步降低,表明该条件下材料的高温塑性变形能力最佳;熔体处理对热变形激活能Q的影响比热变形条件更为明显。②熔体处理和变形条件对易拉罐用铝材热变形后的微观组织有着显著的影响。熔体处理效果越好,热变形后的晶粒组织越细小和均匀,适当的退火条件(450℃×12h)能进一步促使其均匀分布。随着变形温度的升高,位错密度明显下降,晶粒明显长大,组织也变得更为均匀。随着应变速率的提高,晶内位错密度升高,晶粒出现被拉长的趋势,组织也变得不均匀。③熔体处理对热变形过程的动态软化行为也有明显的影响。夹杂物、粗大第二相等冶金缺陷的减少,在一定程度上抑制了动态再结晶的进行;细小的原始晶粒则为动态再结晶的形核提供有利条件,有利于热压缩后获得细小均匀的晶粒组织。均匀化退火促进第二相弥散均匀地分布于晶粒中,在热变形过程限制了再结晶晶粒的长大。该类材料在热变形的起始阶段和过渡阶段通过多边化形成丰富的亚晶结构,随后主要通过亚晶的合并长大方式来完成再结晶的形核过程。此外,也可以通过晶界的凸出形成再结晶的晶核。④多道次热压缩模拟的初步试验结果表明,对高效熔体处理后经450℃×12h的均匀化的材料,当应变速率为0.1s-1,总压缩量50%时,选择3道次的热压缩,变形温度400℃、道次间隔时间1.0~3.0min,可获得较理想的热变形组织。


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