高品质铝锶合金的挤压工艺、组织与性能研究

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Al-Si合金具有优异的铸造、耐蚀和耐热性能,在汽车和航空航天工业中得到了广泛的应用,Al-Si合金的铸造过程中容易形成粗大片状的共晶硅,严重影响了Al-Si合金的力学性能和加工性能,所以Al-Si合金的生产过程中一般要进行变质处理。Al-10Sr合金由于其有效变质时间长、无过变质、不污染环境等优点,常被作为铸态Al-Si合金的变质剂,Al-Sr合金的变质效果取决于合金中Al4Sr相的形貌和尺寸。本文以Al-10Sr合金为研究对象,在Gleeble-3500热模拟试验机上进行热压缩实验,研究Al-10Sr合金的热变形及显微组织演变行为,然后结合热变形和加工图分析的结果获得的优化加工参数进行卧式挤压和重复连续挤压实验,并利用有限元分析技术对比两种挤压工艺,最后对卧式挤压和连续挤压后的Al-10Sr合金的变质效果进行检测。本文的主要结果如下:(1)Al-10Sr合金的真应力-应变曲线显示出轻微的流动软化特征。峰值应力随温度的升高和应变速率的降低而减小,可以用变形激活能为222.23k J/mol的本构方程描述Al-10Sr合金的流变应力。在热变形过程中,塑性变形主要发生在铝基体上,而Al4Sr相会发生一定的破碎,并且随着变形温度的增加和应变速率的减小,Al4Sr相的尺寸有所增加。(2)基于动态材料模型,建立了不同应变条件下Al-10Sr合金的热加工图,其结果表明,随着应变的增加,失稳区的面积先减少后增加。当应变为0.5时,失稳区面积最小,其较优的加工参数范围为温度460-530 oC,应变速率0.2-1 s-1。加工图对应的显微组织表明,安全区对应的基体组织缺陷明显小于失稳区对应的组织,从而验证了加工图的准确性。(3)卧式挤压和连续挤压都能有效地消除铸态Al-10Sr合金组织中的缺陷,并且显著的细化了Al4Sr相的尺寸,与卧式挤压相比,连续挤压细化效果更好,在3道次连续挤压后,Al4Sr相的平均长度和宽度分别为11μm和8.3μm。数值模拟结果表明,相比于卧式挤压,连续挤压过程中存在剧烈剪切带,并且其温度场是从室温一直变化到挤压温度,这些特征使得连续挤压具有更好的细化效果。(4)相比于铸态Al-10Sr合金,卧式挤压和连续挤压Al-10Sr合金对4343铝合金具有更好地变质效果,添加连续挤压Al-10Sr合金变质后的4343铝合金中的共晶硅大部分呈细小的颗粒状,其平均尺寸约为13.7μm。
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