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大塑性变形对6016铝合金组织晶粒细化及力学性能的影响规律研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 强烈塑性变形法(SPD)

1.3 等径角挤压工艺(ECAP)

1.3.1 等径角挤压(ECAP)原理

1.3.2 ECAP工艺路线

1.3.3 铝合金等径角挤压组织及力学性能研究现状

1.4 搅拌摩擦加工(FSP)

1.4.1 搅拌摩擦加工原理

1.4.2 铝合金搅拌摩擦加工组织及力学性能研究现状

1.5 本文的研究内容

第二章 实验材料、设备与实验方法

2.1 实验材料

2.2 等径角挤压实验(ECAP)

2.2.1 ECAP挤压力的计算

2.2.2 模具结构的设计与材料的选择

2.2.3 润滑剂的选择

2.2.4 ECAP变形实验

2.2.5 ECAP变形试样热处理

2.3 搅拌摩擦加工实验(FSP)

2.3.1 实验路线

2.3.2 FSP加工后退火实验

2.4 合金显微组织观察

2.4.1 光学显微组织观察

2.4.2 扫描电镜组织观察实验

2.5 力学性能测试实验

2.5.1 显微硬度测试

2.5.2 热模拟压缩实验

第三章 ECAP加工6016铝合金组织及性能研究

3.1 ECAP加工6016铝合金试样组织研究

3.2 退火温度对ECAP加工6016铝合金显微组织的影响

3.3 280℃退火时间对ECAP加工6016铝合金显微组织的影响

3.4 ECAP加工6016铝合金试样硬度分析

3.4.1 轴向硬度均匀性分析

3.4.2 横向硬度均匀性分析

3.4.3 退火温度对ECAP加工6016铝合金硬度影响

3.4.4 280℃退火保温时间对ECAP加工6016铝合金硬度影响

3.5 本章小结

第四章 FSP加工6016铝合金组织及性能研究

4.1 固溶态6016铝合金FSP加工的微观组织及织构分析

4.1.1 微观组织

4.1.2 织构分析

4.1.3 加工区显微面硬度

4.2 固溶时效态6016铝合金FSP加工的微观组织及织构分析

4.2.1 微观组织

4.2.2 织构分析

4.2.3 加工区显微面硬度

4.3 FSP加工区细晶组织保持性分析

4.3.1 退火温度对微观组织和硬度的影响分析

4.3.2 退火时间对微观组织和硬度的影响分

4.4 本章小结

第五章 搅拌区合金高温塑性变形力学性能分析

5.1 热变形条件对流变应力的影响

5.2 屈服强度

5.3 应变速率敏感指数m

5.4 铝合金塑性变形本构方程

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

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摘要

实现汽车轻量化,是节省能源的更有效的途径,汽车部件采用铝合金代替钢件能大量减轻汽车重量,实现节能减排。细化6000系晶粒对提高其塑性成型性能及强度有重要意义。
  本文对6016铝合金进行ECAP挤压实验及搅拌摩擦加工实验,通过金相显微观察、EBSD取向成像技术和热模拟压缩实验。研究其冷变形工艺对晶粒细化效果,及织构变化。对ECAP挤压后的试样进行退火热处理,研究退火温度及退火时间对晶粒度的影响规律。搅拌摩擦加工后的搅拌区细晶组织进行退火热处理研究其细晶组织的热稳定性。
  6016铝合金经ECAP挤压后,X平面上的晶粒组织形状尺寸变化不大,等轴晶粒,Z平面上等轴晶晶粒拉长变形;组织内部存在着大量的亚结构;挤压组织中的取向为黄铜R织构、旋转立方织构。试样头尾部硬度分布不均匀,顶部硬度与中部硬度变形接近,试样底部变形与其他两部分变形差异较大,所以硬度变化较大。一道次ECAP加工6016铝合金再结晶温度在260℃-280℃之间,退火温度对ECAP冷变形后的材料的微观组织、硬度有很大的影响,控制再结晶温度可有效细化晶粒;退火后试样硬度随着退火温度的升高其硬度逐渐降低。
  搅拌摩擦加工6016铝合金搅拌头的旋转速度为800r/min,前进速度为100mm/min,采用上述加工参数6016铝合金没有产生明显的裂纹等缺陷,说明此种加工方法可以明显改善材料性能,提高合金力学性能。搅拌摩擦加工6016铝合金后组织发生动态再结晶,晶粒显著细化,搅拌区晶粒为细小的等轴晶组织。搅拌区织构强度很弱,取向不集中。搅拌区细小晶粒的热稳定性良好,在较高温度下不发生静态再结晶及晶粒长大的情况,搅拌区晶粒仍为细小组织。
  对6016铝合金进行热模拟压缩实验,分析了6016铝合金屈服强度、应变速率敏感性指数m和应变速率关系曲线。根据所得数据做出不同温度及变形速率下的流变应力-应变曲线,分析该合金在中温塑性变形中的应力应变行为,得出流变应力随着温度升高和应变速率的降低而减小。拟合出6016铝合金中温压缩塑性变形的本构方程,求得理论屈服极限值。

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