喷射成形超高强铝合金筒形件反挤压模拟与试验研究

【摘要】喷射成形超高强铝合金化程度较高,其热加工难度较传统7000系铝合金大,而且在筒形件挤压过程中,存在筒体不同位置变形不均匀的问题。因此,在挤压成形筒形零件前期设计合理的模具结构以及制定合适的热加工工艺尤为重要。本文采用数值模拟与实验验证相结合的方法,开展了喷射成形超高强铝合金筒形件反挤压过程中材料的变形行为研究,确定了合金适宜的可加工范围,并优化出合理的反挤压方案。通过对喷射成形超高强铝合金沉积态、热等静压(HIP,Hotisostaticpressing)态以及均匀化态的组织进行金相和扫描电镜观察,发现沉积态高强铝合金组织呈等轴状,晶粒细小,尺寸约为20～30μm,晶内和晶界存在大量富含Al、Zn、Mg、Cu元素的一次凝固析出相。经过热等静压处理之后,合金组织基本致密,采用排水法实测坯料密度达到2.89g/cm3,超过了同成分铸态合金的实测密度；HIP态合金中晶粒尺寸无明显长大,第二相部分回溶,在晶界位置依然存在大量粗大第二相。经过对HIP态沉积坯进行均匀化热处理制度进行研究,最终确定了适合HIP态喷射成形坯料的双级均匀化热处理制度为440℃/12h+472℃/24h。通过对均匀化热处理后的合金进行热压缩试验,得到该实验合金的本构方程为通过绘制并分析合金热加工图得知,该合金的加工范围相对较窄,最合适的加工温度范围为380℃-405℃,应变率则不宜超过0.5s-1。通过有限元模拟软件Deform-3D的后处理程序对挤压过程中挤压杆的载荷、合金坯料的速度场、应力集中以及FLOWNET(流线)等进行分析研究,发现喷射成形高强铝合金筒形件成形过程中,挤坯料的较大的变形区域主要分布在筒壁位置,筒底变形量很小,表现出很大的变形不均匀性。筒形件成形过程中,挤压载荷峰值基本稳定在4500kN左右,最高峰值载荷达到5500KN。因此,在选择挤压机时,挤压机吨位要保证在550吨以上。根据坯料挤压过程中的流动特点,提出改变坯料以及下模形状的方案,并通过数值模拟和实际挤压成形的筒形零件进行了对比分析。结果表明经过坯料形状改造和下模设计后,成形零件底部的平均等效应变值均有不同程度的增加：相比于平底平模方案,采用平底凹模、凹底平模、凹底凹模方案成形的筒形件底部平均应变量分别提高了26.6%、75.9%、89%,其中凹底凹模是四种反挤压方案中改善筒底有效变形的最优方案。实际筒形件反挤压实验中,实测挤压载荷峰值与模拟预测值基本吻合,二者最大差值在5%左右；对制成品零件剖面不同位置的金相组织进行对比分析,结果表明,实际金属的流动情况与模拟结果一致。同时进一步证实,凹底凹模方案可以有效提高筒形件底部的变形量。
【作者】孙鹏；
【导师】李志辉；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】筒形件；喷射成形铝合金；反挤压；有限元模拟；

【参考文献】
[1]赵婷婷.石墨烯及信号放大技术在光分析法检测生物活性物质中的应用[D].青岛科技大学,2013.
[2]陈萍华.稀土掺杂氧化锆粉体的相态与颗粒调控及其应用[D].南昌大学,2014.
[3]陈敏.有关考生不同学术背景和所属经济区域对考生听力成绩的影响[D].广东外语外贸大学,外语教学技术与评估,2013,硕士.
[4]朱文龙.BDO蒸馏废液回收工艺的研发[D].重庆大学,化学工程与技术,2014,硕士.
[5]张晓林.从数字图书馆到E-Knowledge机制[J].中国图书馆学报,2005,04:5-10.
[6]谢灵杰.高炉铁水硅含量预测中的直接经验和间接经验[D].重庆大学,2003.
[7]王春美.论我国个人信息权利的司法救济[D].西南交通大学,法律,2013,硕士.
[8]张文宜.青虾雌性不育同源异型基因（fsh）全长cDNA克隆及时空表达分析[D].南京农业大学,水生生物学,2012,硕士.
[9]邓冬梅.电子商务中消费者权益的法律保护[D].湖南师范大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[10]王彬,何光宇,梅生伟,陈艳波,刘炜.智能电网评估指标体系的构建方法[J].电力系统自动化,2011,23:1-5.
[11]孙伟.Ti系高熵合金显微组织及力学性能研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2014,硕士.
[12]罗玉玲.穴位埋植α-细辛脑长效原位凝胶的研究[D].贵阳中医学院,中药学,2012,硕士.
[13]孟俊江.船用燃气轮机状态趋势预测算法研究[D].哈尔滨工业大学,一般力学与力学基础,2013,硕士.
[14]罗宁.论机动车事故归责制度的完善[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[15]宋圆红.LZTFL1对肝细胞癌细胞增殖、黏附、迁移与侵袭能力影响的初步研究[D].南昌大学,病理学与病理生理学,2014,硕士.
[16]王轩.CaO-B_2O_3系陶瓷的微波介电性能研究[D].华中科技大学,集成电路工程,2013,硕士.
[17]包乐磊.西部民营建筑装饰企业的竞争力研究[D].西北工业大学,企业管理,2004,硕士.
[18]宋慧.负性共刺激分子B7-H4与PI3K/AKT信号通路相关性及机制的研究[D].苏州大学,微生物与生化药学,2014,硕士.
[19]满力.慢性应激抑郁症大鼠海马中c-jun的表达[D].中国医科大学,应用心理学,2004,硕士.
[20]杜冰.鸡冠花HPLC指纹图谱及止血部位的筛选[D].黑龙江中医药大学,中药学,2013,硕士.
[21]郁萌.复杂三角网格模型数控加工特征提取及刀具轨迹生成研究[D].华侨大学,材料加工工程,2013,硕士.
[22]袁倩倩.风力发电机用特大型双排四点接触转盘球轴承力学分析及优化设计[D].河南科技大学,机械设计及理论,2014,硕士.
[23]王薇.楚水域地名词研究[D].中南民族大学,汉语言文字学,2013,硕士.
[24]王静.高性能永磁无刷直流电机调速系统的研究[D].内蒙古科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[25]王涛,毋河海.多比例尺空间数据库的层次对象模型[A].中国地理学会地图学与GIS专业委员会.地图学与GIS学术讨论会论文集[C].中国地理学会地图学与GIS专业委员会:,2002:7.
[26]杨明,董斌,王宏,张钹,HelderAraújo.基于激光雷达的移动机器人实时位姿估计方法研究[J].自动化学报,2004,05:679-687.
[27]于畅.我国经济适用房与商品房投资额关系[D].复旦大学,产业经济学,2012,硕士.
[28]钱小军.Web文本挖掘技术研究及其实现[D].浙江大学,2002.
[29]李楠.行为经济学视角下的中医服务创新研究[D].大连理工大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[30]黄鑫.我国当代民营剧团发展运作现状初探[D].中国艺术研究院,艺术学,2014,硕士.
[31]王辉进.语言焦虑对高中学生英语学习的影响[D].福建师范大学,教育,2004,硕士.
[32]李平.智能网技术的应用进展[J].现代电信科技.1998(04)
[33]赵阿丽.狗头瑶传统服饰纹样的研究与应用[D].安徽大学,艺术设计,2014,硕士.
[34]熊福力,严洪森.基于跳跃辅助工作策略的混流装配线排产优化[J].自动化学报,2012,02:259-269.
[35]张莘.基于数据挖掘技术的穴位贴敷疗法效应特异性规律与特点研究[D].河北医科大学,针灸推拿学,2013,硕士.
[36]钱玉琼.隆回方言量词研究[D].华中科技大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[37]潘鹏飞.相场法模拟吹气法制备泡沫铝过程中的气泡演化[D].内蒙古科技大学,工程热物理,2013,硕士.
[38]刘文.半固态合金熔体的表观粘度研究[D].北京交通大学,2007.
[39]田金兰,赵庆玉.并行决策树算法的研究[J].计算机工程与应用,2001,20:112-114+140.
[40]刘美洁.《诗经》鱼意象研究[D].山东师范大学,中国古代文学,2013,硕士.
[41]路海明,李衍达,卢增祥,夏慧煜.基于控制原理和情感计算的信息推荐[J].自动化学报,2002,04:481-487.
[42]庞强.Teledyne氧分析仪在连续退火炉中的应用[J].冶金自动化,1999,05:39.
[43]徐顺.主动表观模型在情感识别中的应用研究[D].西安工业大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[44]王庆祥.基于Kinect的主动外观模型及在表情动画上的应用[D].山东大学,计算机软件与理论,2014,博士.
[45]方汉青.创新型中小企业的评价[D].浙江工业大学,2008.
[46]马守龙.溶胶凝胶法合成Li_2FeSiO_4和Li[Li_(0.2)Co_(0.13)Ni_(0.13)Mn_(0.54)]O_2正极材料及改性研究[D].长安大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[47]王在花.石墨烯基纳米复合材料的制备、分析及电化学性能研究[D].兰州大学,化学工程（专业学位）,2013,硕士.
[48]毕超.试析灾难性图片报道中的新闻伦理问题[D].东北师范大学,传播学,2012,硕士.
[49]马健.聚芳醚砜酮耐高温超滤膜的制备及其性能优化研究[D].哈尔滨工业大学,分析化学,2014,硕士.
[50]杨东霞.VEGF、HIF-1α和Ki-67在肺癌中的表达及与转移、预后的关系[D].青岛大学,病理学,2003,硕士.