半固态等温热处理和触变成形对Al-Cu-Mn合金组织和性能的影响

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半固态技术是利用金属材料位于固-液共存状态下所特有的流变性和触变性进行成形的技术,是一种新型的近净成形技术,具备高效、节能、近净成形生产以及成形件性能高等诸多优点。随着国内的汽车轻量化应用与研究的深入,变形铝合金的半固态成形技术受到越来越多研究者的重视。但是,目前国内对用半固态等温热处理制备变形铝合金的半固态坯料和触变成形对变形铝合金组织和性能的影响规律系统研究的很少。基于此,本论文以课题组自制的Al-Cu-Mn合金为材料,研究了半固态等温热处理制备Al-Cu-Mn合金半固态坯料和触变成形对Al-Cu-Mn合金的力学性能的影响,并和金属型铸造下Al-Cu-Mn合金力学性能作一个对比。本论文主要研究内容如下:(1)研究了半固态等温热处理对合金坯料的平均等圆直径,形状因子和固相率的影响规律。在相同的保温温度下,晶粒的平均等圆直径随着保温时间的延长先增大后减小。晶粒的圆整度随保温时间的延长而变好,及晶粒的形状因子值在减小并且到一定程度后基本保持不变。坯料的固相率先减小并最后达到固液平衡。等温热处理制备Al-Cu-Mn合金的最佳工艺参数是保温温度630℃,保温时间50min下:坯料的平均等圆直径是146μm,形状因子1.4和固相率55.9%。分析铸态下Al-Cu-Mn合金和630℃保温50 min后水淬组织的相组成一样的,都是由α-Al,θ(Al2Cu)及Mn Al6相组成。(2)金属型铸造中Al-Cu-Mn合金加入Al-5Ti-1B中间合金后,合金晶粒得到显著细化,树枝晶得以圆整并分布均匀。这是因为合金中Al元素和Ti元素形成的化合物Ti A13与Ti B2为α-Al提供了大量形核核心,并且Ti B2能抑制α-Al的快速长大,促使晶粒得细化,并且力学性能有较大的提高。金属型铸造下未加细化剂的Al-Cu-Mn合金的抗拉强度是189 MPa,延伸率是2.3%。加入细化剂Al-5Ti-1B之后,合金的抗拉强度是225 MPa,延伸率是4.2%。相比较为未添加细化剂之前合金抗拉强度提高19%,延伸率提高了82.6%。(3)触变成形中模具温度主要影响浆料在型腔内的凝固速率,随着模具温度的升高,力学性能先升高,后降低。在未添加细化剂和添加细化剂两种情况下合金的力学性能都是在模具温度为200℃时最高。在未添加细化剂,模具温度为200℃时,合金的抗拉强度及延伸率分别是238 MPa和10.8%。添加细化剂Al-5Ti-1B后,合金的抗拉强度及延伸率分别是250 MPa和16.6%。相比没有添加细化剂之前合金的抗拉强度和延伸率都有提高。触变成形相比较金属型铸造,金属型铸造的合金组织是树枝晶,并且缺陷较多,力学性能较低。触变成形的合金组织是非枝晶近球形组织,组织较为致密,缺陷较少,力学性能较高。合金的抗拉强度和延伸率分别提高了11%和295%。
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