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Study on the rheoformability of semisolid 7075 wrought aluminum alloy using SEED process

机译:半固态7075变形铝合金流变成形性的SEED研究

摘要

Semisolid metal forming is becoming more and more attractive in the foundry industry due to its low cost and easy operation to produce high quality near-net-shape components. Over the past years, semisolid forming technique is mainly applied on the casting aluminum alloys due to their superior castability because of low melting temperature and viscosity. In semisolid forming field, thixoforming has been majorly used which involves of reheating the billet into semisolid state followed by casting process. Rheocasting is a more economic semisolid processing compared to thixoforming, which the semisolid billet is produced directly from liquid phase. The SEED process is one of reliable rheocasting techniques to produce high quality semisolid billets. To produce high quality semisolid billets, their unique rheological properties have been the most important issue need to be fully investigated. The aim of present project is to produce high quality semisolid AA7075 billets by SEED process and analyze their rheological properties under various process conditions. The effect of the SEED processing parameters and grain refiners on the semisolid microstructure and rheoformability were investigated. The deformation and rheological behavior of the semisolid billets of AA7075 base and its grain-refined alloys were studied using parallel-plate viscometer. In the first part, the evolution of liquid fraction to temperature of semisolid AA7075 alloy was investigated using Differential Scanning Calorimetry (DSC). It was found that the liquidus and solidus temperature of AA7075 alloy were 631℃ and 490℃ respectively. And the corresponding temperatures of solid fraction of 40% and 60% were 622℃ and 610℃, which was recognized as the temperature window for semisolid forming of this alloy. In the second part, the semisolid slurries were rheocasted using SEED technology and the effect of the SEED process parameters like swirling frequency and demolding temperature on evolution of microstructure was studied. It was found that the swirling frequency has a strong influence on the mean grain size and morphology of primary α-Al particles. With increasing swirling frequency, the mean size of α-Al particles first decreased significantly and then kept constant or increased slightly, due to the fragment and aggregation of solid particles. Microstructures also revealed that the α-Al particles tend to transform from dendrite-like to rosette-like to globular-like morphology due to the stirring movement. In the third part, the effects of TiB2 and Zr on the microstructure of semisolid AA7075 alloy were investigated. The microstructure observation and the intermetallic phase identification were carried out by optical microscopy equipped with Clemex analyzer and scanning electron microscopy (SEM). The mean size of primary α-Al particles decreases from more than 110 μm to less than 90 μm and the morphology changes from dendritic-like to globular-like with the addition of TiB2. With the addition of Zr or Zr + TiB2, the mean size and morphology of primary α-Al particles didn't show significant modification. Furthermore, the addition of TiB2 shows significant refinement on three intermetallic phases (Mg(Zn,Cu,Al)2, Fe-rich Al(Fe,Mn)Si and Mg2Si. All the intermetallic phases become finer in size and more uniform distribution among the grains. Finally, the rheological behavior and microstructure of deformed semisolid billets of AA7075 base and grain-refined alloys were investigated using parallel-plate viscometer. Images analysis shows that liquid segregates from center to edge of the billet during compression and with increasing temperature the liquid segregation becomes more significant. The apparent viscosity of two alloys decreases with the increasing shear rate, indicating shear thinning behavior. Shear rate jump phenomenon (first increase and then decrease) occurred at lower solid fraction, reaching a maximum shear rate value. The whole compression processing is divided into two parts: shear rate increasing part and shear rate decreasing part. For higher solid fraction, the shear rate decreases continuously and slowly. The attainable maximum shear rate value increases with the decreasing solid fraction. During the shear rate decreasing part, at any given shear rate the viscosity increases with the increasing solid fraction. The comparison of the viscosity of two alloys indicated that the TiB2-refined AA7075 alloy has lower viscosity (shear rate decreasing part) due to small grain size and globular grain shape. In addition, the grain refinement significantly expands the solid fraction range of good rheoformability from 42%-48% for the base alloy to 42%-55% for the refined alloy.ududLa formation des matériaux métalliques à l’état semi-solide attire de plus en plus l’industrie dû à ses coûts peu élevés et à la facilité avec laquelle il permet de produire des composants aux formes très nettes de qualité supérieure. Depuis les dernières décennies, la technique de mise en forme du métal semi-solide s’applique principalement à la fonderie d’alliages d’aluminium, grâce à sa bonne coulabilité causée par ses basses températures de fusion et de viscosité. Le thixoformage, qui implique de chauffer des lopins jusqu’à l’état semi-solide avant de procéder à la fonte, était majoritairement utilisé. Cette technique est cependant plus couteuse que le rhéomoulage, procédé par lequel le lopin est produit en premier lieu enudphase liquide. Le procédé SEED est l’un des plus fiable pour produire des lopins de la meilleure qualitéudqui soit. Afin de produire des lopins semi-solides d’une telle qualité, leurs propriétés rhéologiques uniquesudont été sujet aux plus profondes investigations. Le présent projet a pour objectif de produire des lopins semi-solides AA7075 de haute qualité par le procédé SEED et d’analyser leurs propriétés rhéoligiques sous plusieurs conditions. Pour ce faire, les effets des paramètres de traitement et des affineurs de grain sur la microstructure et la rhéoformabilité ont été investigués. La déformation et le comportement rhéologique des lopins de base AA7075 et des alliages raffinés ont été étudiés en utilisant unudviscosimètre à plaques parallèles. Dans la première partie, l’évolution de la fraction de liquide selon la température de l’alliage AA7075 semi-solide a été examinée à l’aide d’un Calorimètre Différentielle à Balayage (DSC). Il a été démontré que le liquidus et le solidus de l’alliage AA7075 étaient respectivement de 631°C et de 500°C. Les températures correspondantes de la fraction de solide de 40% et de 60% étaient de 622°C et 610°C, ce qui correspond à la fenêtre de température pour former un alliageudsemi-solide. Dans un second lieu, les lopins semi-solides ont été rhéomoulés en utilisant la technologie SEED et l’effet des paramètres du procédé SEED, comme la fréquence de tourbillonnement et la température de démoulage sur l’évolution de la microstrucrure, ont été étudiées. Il a été montré que la fréquence de tourbillonnement a une forte influence sur la taille moyenne des grains et la morphologie des particules primaires -Al. En augmentant de façon continue la fréquence de tourbillonement, la tailleudmoyenne des grains des particules -Al a d’abord diminué de façon significative, pour ensuite rester constante ou augmenter légèrement en raison de la fragmentation et de l’aggrégation des particules solides. Les microstructures ont également révélé que les particules ont tendance à passer de la forme en dentrite vers une forne en rosette, puis vers une forme plus sphérique à cause de la vibration. Dans la troisième partie, les effets de TiB2 et du Zr sur la microstructure de l’alliage AA7075 semi-solide ont étéudétudiés. L’examen de la microstructure et l’identification des phases intermétalliques ont été réalisées parudmicroscope optique, au moyen du microscope électronique à balayage Clemex (SEM) . La taille moyenne des particules primaires de -Al diminue de plus de 110 um à moins de 90 um et, avec l’addition de TiB2, leur morphologie passe de dendritique à globulaire. Avec l’ajout de Zr ou Zr + TiB2, la taille moyenne et la morphologie des particules -Al primaire n'a pas montré de modification significative. De plus, l'ajout de TiB2 engendre un raffinement significatif sur trois phases intermétalliques (Mg(Zn,Cu,Al)2, Al(Fe,Mn)Si riche en fer et Mg2Si. Toutes les phases intermétalliques obtiennent une taille plus fine et une distribution plus uniforme parmi les grains. Enfin, le comportement rhéologique et la microstructure des lopinsuddéformés semi-solides de la base AA7075 et les alliages à grains raffinés ont été étudiés à l'aide de plaques parallèles viscosimètres. L’analyse des images montre que les liquides migrent du centre vers le bord du lopin lors de la compression et, avec l'augmentation de la température, ce mouvement devient plus important. La viscosité de deux alliages diminue avec l’augmentation de la vitesse de cisaillement, ce qui indique un comportement de fluidification par cisaillement. Le taux de cisaillement subit une grande variation (augmente d’abord puis diminue ensuite) lorsque la fraction solide est plus basse, atteignant ainsi son maximum. La compression se compose donc de deux étapes : la partie où le taux de cisaillement croît, et celle où il décroît. Lorsque la fraction solide est plus haute, le taux de cisaillement diminue de façon continuelle et lente. Le plafond du taux de cisaillement augmente à mesure que diminue la fraction solide. Lorsque la vitesse de cisaillement décroît, la viscosité augmente avec la fraction solide. La comparaison de la viscosité des deux alliages a indiqué que l’alliage raffiné AA7075 TiB2 a une viscosité plus faible (partie décroissante du taux de cisaillement) en raison de la petite taille des grains etudde sa forme globulaire. De plus, le raffinement du grain étend de façon significative la plage de fraction solide permettant une bonne rhéoformabilité, soit de 42%-48% pour l’alliage de base à 42%-55% pour l’alliage raffiné.
机译:半固态金属成形由于其低成本和易于生产高质量的近净形零件而在铸造工业中变得越来越有吸引力。近年来,由于低熔融温度和低粘度,半固态成型技术主要用于铸造铝合金,因为它们具有出色的可铸造性。在半固态成型领域中,触变成型已被广泛使用,它涉及将坯料重新加热至半固态,然后进行铸造工艺。与触变成型相比,流变铸造是一种更经济的半固态加工方法,后者直接从液相中生产。 SEED工艺是生产高质量半固态坯料的可靠流变铸造技术之一。为了生产高质量的半固态坯料,其独特的流变性能一直是最重要的问题,需要充分研究。本项目的目的是通过SEED工艺生产高质量的半固态AA7075钢坯,并在各种工艺条件下分析其流变性。研究了SEED工艺参数和晶粒细化剂对半固态组织和流变性能的影响。利用平行板粘度计研究了AA7075基体及其晶粒细化合金的半固态坯料的变形和流变行为。在第一部分中,使用差示扫描量热法(DSC)研究了液相分数到半固态AA7075合金的温度变化。发现AA7075合金的液相线和固相线温度分别为631℃和490℃。固相分数分别为40%和60%的温度分别为622℃和610℃,这被认为是该合金半固态成形的温度窗口。在第二部分中,使用SEED技术对半固态浆料进行了流铸,并研究了SEED工艺参数(例如旋流频率和脱模温度)对微观结构演变的影响。发现旋流频率对一次α-Al颗粒的平均晶粒尺寸和形态有很大影响。随着回旋频率的增加,由于固体颗粒的碎裂和聚集,α-Al颗粒的平均尺寸首先明显减小,然后保持恒定或略有增加。微观结构还表明,由于搅拌运动,α-Al颗粒趋于从树状转变为玫瑰状,再到球状。第三部分研究了TiB2和Zr对AA7075半固态合金显微组织的影响。通过配备Clemex分析仪的光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)进行显微组织观察和金属间相鉴定。添加TiB2后,初生α-Al颗粒的平均尺寸从大于110μm减小到小于90μm,并且形态从树突状变为球状。添加Zr或Zr + TiB2后,初级α-Al颗粒的平均尺寸和形态没有明显的变化。此外,TiB2的添加在三个金属间相(Mg(Zn,Cu,Al)2,富铁的Al(Fe,Mn)Si和Mg2Si)上均表现出明显的细化,所有金属间相的尺寸都变得更细,并且在金属间的分布更加均匀最后,使用平行板粘度计研究了AA7075基体和晶粒细化合金的变形半固态坯料的流变行为和显微组织,图像分析表明,压缩过程中,随着温度的升高,液体从坯料的中心到边缘偏析。两种合金的表观粘度随着剪切速率的增加而降低,表明剪切稀化行为;在较低固含量下发生剪切速率跳跃现象(先增大后减小),达到最大剪切速率值。压缩处理分为两个部分:剪切速率增加部分和剪切速率减少部分;对于较高的固体分数,剪切速率连续而缓慢地减少。可获得的最大剪切速率值随固体分数的降低而增加。在剪切速率降低部分期间,在任何给定的剪切速率下,粘度随着固体分数的增加而增加。两种合金的粘度比较表明,TiB2精制的AA7075合金由于晶粒尺寸小和球状形状而具有较低的粘度(剪切率降低部分)。此外,晶粒细化显着扩大了具有良好流变成形性的固相分数范围,从基础合金的42%-48%扩大到精炼合金的42%-55%。 u ud udLamatériauxmétalliquesàl'étatsemi-固体辅料及加工厂的便利性和便利性,并由高级制造商提供资格证书。 Depuis lesdernièresdécennies,半固态金属成型技术主要由于其较低的熔化温度和粘度而具有良好的流动性,因此主要应用于铝合金铸造。主要使用触变成型,该工艺涉及在熔化之前将工件加热到半固态。然而,该技术比流变成型更昂贵,流变成型是首先在液相中生产零件的过程。 SEED工艺是生产最高品质木材的最可靠方法之一。为了生产出这种质量的半固态块,其独特的流变特性一直是最深入的研究课题。该项目的目的是通过SEED工艺生产高质量的AA7075半固态样地,并在几种条件下分析其流变特性。为此,研究了处理参数和晶粒细化剂对组织和流变性能的影响。使用平行板粘度计研究了AA7075基本试样和精炼合金的变形和流变行为。在第一部分中,使用差示扫描量热仪(DSC)检查了根据半固态AA7075合金温度而变化的液体分数。已显示AA7075合金的液相线和固相线分别为631°C和500°C。固含量为40%和60%的相应温度分别为622°C和610°C,这对应于形成半固态合金的温度窗口。其次,使用SEED技术对半固态图进行了流塑成型,研究了SEED工艺参数(例如旋流频率和脱模温度)对微观结构演变的影响。已经表明,涡度对初级颗粒-Al的平均晶粒尺寸和形态具有很大的影响。通过连续增加涡旋频率,颗粒-Al的平均晶粒尺寸首先显着减小,然后由于固体颗粒的破碎和聚集而保持恒定或略微增加。微观结构还表明,由于振动,颗粒倾向于从齿状变成玫瑰花形,然后变成更球形。第三部分研究了TiB2和Zr对半固态AA7075合金显微组织的影响。使用Clemex扫描电子显微镜(SEM),通过光学显微镜进行显微组织检查和金属间相的鉴定。 -Al的一次颗粒的平均尺寸从大于110 µm减小到小于90 µm,并且通过添加TiB2,它们的形态从树枝状变为球状。通过添加Zr或Zr + TiB2,初级-Al颗粒的平均尺寸和形态没有显示任何显着变化。此外,TiB2的添加可在三个金属间相(富含铁和Mg2Si的Mg(Zn,Cu,Al)2,Al(Fe,Mn)Si)中产生明显的细化,所有金属间相均具有更细的尺寸和最后,使用平行平板粘度计研究了AA7075基体和细化晶粒合金的半固态未变形形变图的流变行为和微观结构。结果表明,在压缩过程中,液体从团块的中心迁移到边缘,并且随着温度的升高,这种运动变得更加重要;两种合金的粘度随着剪切速度的增加而降低,表示剪切稀化行为,当固含量较低时,剪切速率会发生较大的变化(先增大然后减小),从而达到最大值。因此,存在两个阶段:剪切速率增加的部分和剪切速率减少的部分。当固体分数较高时,剪切速率连续且缓慢降低。剪切速率的上限随着固体分数的减少而增加。当剪切速率降低时,粘度随固体分数而增加。两种合金的粘度比较表明,精制的AA7075 TiB2合金由于粒径小且呈球形,因此具有较低的粘度(剪切速率的一部分降低)。此外,晶粒的细化显着扩展了固体成分范围,从而具有良好的流变性,从基础合金的42%-48%到精炼合金的42%-55%。

著录项

  • 作者

    Zhao Qinfu;

  • 作者单位
  • 年度 2016
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  • 正文语种 en
  • 中图分类

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