ZL101合金半固态等温微挤压及成形规律试验研究

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随着电子、通讯、医疗器械及精密机械产业的飞速发展,工业产品的微型化趋势越来越明显。微成形技术作为一种新兴技术,不仅具有材料利用率高、成形件性能稳定等优点,而且将在微型零件的批量化、高效能生产方面发挥越来越重要的作用。同时,由于微成形技术本身还处于研究初级阶段,在相关成形理论、成形工艺、成形设备制造、精度控制等方面还存在诸多未知,所以该技术距离工业化应用还存在一定差距。本文选用在工业生产中应用广泛的ZL101半固态铝合金材料,通过大挤压比条件下的等温微挤压试验,对大变形条件下影响半固态微挤压成形载荷的各项工艺参数进行研究,并对微挤压过程的变形规律、液相偏析影响因素等进行探讨。针对半固态等温微成形工艺特点,设计了微挤压试验模具,采用高温陶瓷加热线圈结合AT908型人工智能温度控制器实现温度精确控制,在CMT-4000电子万能试验机上完成挤压。通过选择不同的固相率(成形温度)、挤压速度、挤压比(挤出直径),研究各项工艺参数对微挤压成形载荷的影响。结果表明:固相率(成形温度)、挤压速度、挤压比均是微挤压成形载荷的重要影响因素;随着固相率的降低和挤压速度的升高,最大挤压力逐渐上升;随着挤压比的增大,最大挤压力同样呈现稳定上升的趋势,但不同于常规固态材料挤压成形,当半固态微挤压挤出直径缩小到接近于材料晶粒尺度时,成形载荷没有出现剧烈的波动。通过对微挤压载荷-行程曲线以及半固态微挤压成形件和挤压剩余部分微观组织的进一步分析,总结了半固态材料微挤压过程中的组织演化以及成形规律,同时对成形过程中出现的液相偏析现象进行分析研究。结果表明:挤压速度是影响半固态微成形过程中的液相偏析的重要因素。当挤压速度较低时,挤压件液相偏析严重,而随着挤压速率的提高,液相偏析会得到较大的缓解;对于挤压过程中的微观组织演化,主要经过了晶界熔化,α相聚合、球化、粗化等阶段,由颗粒状或者玫瑰花状演化为半固态区间内的近球状组织;此外,半固态材料微挤压变形流动模式与变形程度较小的镦粗等变形存在明显差异,半固态微挤压变形是固相颗粒在液相润滑下的滑移、转动以及固相颗粒在液相流动冲击以及高温扩散、渗透作用影响下的塑性变形综合作用的结果。本文还利用粘-塑性有限元模拟技术,在DEFORM-2D V9.01有限元模拟软件平台上,采用热变形条件下的粘塑性理论模型,对半固态微挤压过程进行了模拟,仿真结果和试验结果能够较好的匹配,验证了模型相关参数的可靠性,对实际工艺具有一定的指导意义。
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