6061铝合金热变形行为及连杆闭塞锻造研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ruoling863
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通用汽油发动机连杆大多选用Al-Si-Mg系6061铝合金,目前普遍采用压力铸造或普通热模锻后机械加工的方法制造,存在生产工序多、工艺流程长、材料利用率低和生产成本高等不足。为此,本文以6061铝合金连杆锻件为研究对象,采用闭塞锻造成形方式获得精密连杆锻件,通过研究6061铝合金热变形过程中流动应力和微观组织演变规律,获得6061铝合金热变形最佳工艺参数。探究并分析了不同结构形式铝合金连杆闭塞锻造成形时金属流动规律,制订了合理的成形工艺方法和热处理方式,分析解决了精密成形铝合金连杆部分工艺性问题。采用Gleeble-3500热模拟压缩试验机分析了不同工艺参数对6061铝合金热压缩变形的影响。6061铝合金具有正应变速率敏感性,随着应变速率的增加,合金的峰值流动应力和峰值应变增加;随着变形温度的增加,合金的峰值流动应力和峰值应变减小。通过合金热压缩变形相关计算,得到6061铝合金的变形激活能为236.252k J/mol,建立了该合金本构关系为ε=2.6×1017sinh(0.0151σ)8.93 exp(-236.252/8.414T)。基于动态材料模型(DMM),构建了6061铝合金的热加工图,获得材料的最佳成形温度为440~470℃、应变速率为0.1~1s-1。以热压缩试验结果为基础,通过线性回归方法,研究了6061铝合金动态再结晶规律,推导出包括峰值应变方程、临界应变方程、动态再结晶动力学方程以、动态再结晶晶粒尺寸方程和元胞自动机(CA)模型。从宏观变形和微观组织演变两方面,对热压缩试验过程进行有限元数值模拟,得到应变速率和变形温度对合金动态再结晶影响规律。随着变形温度的升高,动态再结晶体积百分数和晶粒尺寸均增大;随着应变速率的增大,动态再结晶体积百分数和晶粒尺寸均减小。基于6061铝合金本构关系和微观组织数学模型,采用有限元模拟软件DEFORM分析了不同结构形式铝合金连杆闭塞锻造成形中金属流动规律、速度场、应力应变场及动态再结晶等情况。通过分析得到对于整体式铝合金连杆,冲头双向同步闭塞挤压成形;对于分体式铝合金连杆,冲头三向异步闭塞挤压成形,所成形的连杆充填饱满、无明显缺陷。以典型分体式铝合金连杆为成形对象,对闭塞锻造成形工艺参数进行优化分析,得到最佳成形温度450℃、变形速度12mm/s、摩擦系数0.2。依靠自主设计的闭塞锻造专用模架和工艺装备,实现了在单动四柱液压机上进行闭塞锻造成形。研究固溶和时效处理对6061铝合金连杆组织和性能的影响,6061铝合金连杆最佳固溶温度530℃、保温时间100min,时效温度175℃、保温时间300min,最终成形出了性能较为优异的铝合金连杆锻件。
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