论文部分内容阅读
流变成形由于其众多优点成为近年研究热点,但目前铝合金流变成形研究更多的集中在铸造铝合金方面,而对变形铝合金则研究较少。7075变形铝合金因其优良性能在航空航天及汽车领域广泛应用,但枝晶发达,难以采用常规方法进行流变成形。本文通过原位合成法制备出TiB2/7075铝基复合材料,结合蛇形管浇铸法的低剪切作用,通过简单经济的方法实现了TiB2/7075铝基复合材料的流变成形。分析了TiB2颗粒对7075铝合金半固态浆料微观组织及表观粘度的影响机理。并使用ProCAST软件对半固态浆料制备过程及轮毂铸造过程进行数值模拟,获得适宜工艺参数。研究获得主要结果如下：1.采用原位合成技术制备TiB2/7075铝基复合材料,研究发现TiB2颗粒主要呈四方形,较大TiB2颗粒尺寸为1-2μm.团聚分布在晶界处,大部分颗粒为亚微米级,分布在晶内。7075铝合金在630℃保温30min后仍为蔷薇晶,而TiB2/7075铝基复合材料保温10min即可获得近球晶。分析TiB2颗粒对半固态浆料微观组织的影响机理：TiB2颗粒可作为初生α-Al相异质形核核心,并且能够阻碍晶粒生长,促使7075铝合金由树枝晶向近球晶转变。TiB2含量增加后TiB2颗粒团聚程度增加,对微观组织影响减弱,使得9.0%TiB2/7075铝基复合材料晶粒尺寸及生长速率均高于其他TiB2含量铝基复合材料。2.分析了TiB2颗粒对7075铝合金半固态浆料表观粘度的影响机理。结果表明：TiB2颗粒对微观组织的球化作用及其对α-Al晶粒团聚的阻碍作用,使得同样条件下TiB2/7075铝基复合材料半固态稳态粘度低于基体7075铝合金。添加TiB2颗粒后粘度在较低剪切率下即可迅速下降,提高了材料流变成形能力,使其具有在低剪切下流变成形的可能性。受微观组织影响,当TiB2颗粒含量为4.5%时复合材料半尉态熔体表观粘度最低。建立了7075铝合金及TiB2/7075铝基复合材料半固态粘度模型。3.数值模拟结果表明：当蛇形管保温400℃,浇注温度为670℃时,熔体流经蛇形管后温度在半固态区间内,固相率在0.19～0.40之间,适宜进行流变成形。熔体在蛇形管内流动会产生自搅拌作用,该作用使得初生α-Al晶粒更加细小圆整。随着蛇形管弯道数量增加,自搅拌作用增强。在数值模拟基础上进行TiB2/7075铝基复合材料流变成形。通过三弯蛇形管流变挤压铸造成形的TiB2/7075铝基复合材料均为近球品组织,热处理后试样平均品粒尺寸在23-32μm之间,形状因子在0.85-0.96。当TiB2含量为4.5%时,品粒尺寸最小且形状因子最高。4.利用数值模拟研究了工艺参数对7075铝合金及TiB2/7075铝基复合材料轮毂充型过程、缺陷及应力场的影响,获得最佳工艺参数。对于半固态铸造,适宜铸造温度为625～635℃,铸造压力1.0MPa,模具温度400℃。相比液态铸造,半固态铸造充型过程更加平稳,轮毂有效应力降低。且半固态铸造充型温度较低,模具热起伏较低,有利于延长模具寿命。经计算铸造温度为680℃时模具寿命为12523次,铸造温度630℃时为14324次。5.研究了TiB2颗粒含量及成形方法对7075铝合金摩擦磨损性能的影响。结果表明：相比7075基体合金,4.5%TiB2/7075铝基复合材料晶粒细化,硬度提高。在摩擦速度为0.15m/s、摩擦载荷为30-120N、摩擦时间为30min时,其耐磨性有所提高。并且流变成形试样耐磨性优于液态铸造试样。