基于接触加热的7075-T6铝合金温成形工艺研究

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近年来,为降低能源消耗,缓解环境污染的严峻形势,轻量化成为当代汽车产业的主要发展方向。7075-T6铝合金密度较低、强度较高,具有强的抗氧化性和优良的物理性能,这使之成为汽车行业零部件材料的理想选择。但7075-T6铝合金在常温下成形困难,采用温成形工艺能有效改善其成形性。研究发现,采用加热炉加热由于加热时间过长,会造成T6态铝合金发生过时效,影响其使用性能。成形过程中的加热历史对可热处理铝合金的成形性和成形后的力学性能至关重要,由于析出相的长大粗化是动力学过程,需要一定的时间完成,所以提高材料的加热速率,缩短材料在高温时间的历程可能会降低成形后材料强度的损失。基于此,本文提出接触加热温成形技术(contact heating warm forming,CHWF)。通过高温平板模具对铝合金板料施压加热,然后迅速转移至模具成形。由于接触加热高的加热速率可以使板料快速到达成形温度,发育良好的η’相得以保留,降低了合金过时效的程度,可以保证成形后的零件的力学性能。尽管国内外对高强铝合金板材温成形工艺进行了大量研究,但对CHWF技术的相关试验及微观组织演变的研究较少,因此本文通过自主设计的接触加热-温成形试验装置,以7075-T6铝合金板材为研究对象,针对其在温热条件下的力学性能和成形性,开展了接触加热试验研究,并对工艺参数进行了优化。主要内容如下:1.对比了接触加热和加热炉加热条件下的力学性能和成形性,并利用DSC、EBSD和TEM分析了不同加热历史下的晶粒变化和析出相的演变,发现接触加热温成形的板料内部强化析出相的数量较多,分布较均匀,保证了成形后的力学性能。2.通过接触加热单向拉伸试验和筒形件温拉深试验分析了7075-T6铝合金板料在不同温度下的成形性,并进行筒形件拉深试验模拟。试验结果表明板料随温度升高成形性逐渐增加,200℃下板料获得了较好的成形性同时成形后的力学性能损失较小。3.结合响应面研究接触加热时温度、压强、保压时间对板料力学性能的影响。利用遗传算法对接触加热工艺进行参数优化,最终得到六组帕累托最优解。采用帕累托最优解中的工艺参数,进行U形件冲压试验,分析了U形件的硬度变化规律和回弹角度,经过比较得到了一组较适合工艺生产的参数组合即温度为200℃、压强为10MPa保压时间为16s。通过本文的研究对于实现快速高效加热7075-T6铝合金,改善其成形性,缓解过时效造成的性能损失,节约生产时间,降低生产成本,充分发挥铝合金卓越的力学性能,并制定科学合理的成形工艺,为高强铝合金板的应用具有广泛而深远的意义。
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