【摘 要】
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Al-Cu-Mg合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性能好等优点,被广泛应用于武器装备、航空航天、轨道交通等领域。与传统工艺相比,喷射成形制备的材料具有晶粒细小、组织均匀、偏析程度低、力学性能好等优点。目前,针对喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金大塑性变形微观组织和力学性能的研究较少,因此,研究大塑性变形过程中喷射成形Al-Cu-Mg合金微观组织特征和力学性能,阐明应变和应变速率与组织性能之间的相互关系
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Al-Cu-Mg合金具有密度低、强度高、耐腐蚀性能好等优点,被广泛应用于武器装备、航空航天、轨道交通等领域。与传统工艺相比,喷射成形制备的材料具有晶粒细小、组织均匀、偏析程度低、力学性能好等优点。目前,针对喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金大塑性变形微观组织和力学性能的研究较少,因此,研究大塑性变形过程中喷射成形Al-Cu-Mg合金微观组织特征和力学性能,阐明应变和应变速率与组织性能之间的相互关系,对开发高强高韧特种铝合金材料具有重要的理论意义和应用价值。本文以喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金为研究对象,开展了一系列不同应变及应变速率的快速冷冲和热变形实验,配合多种测试手段与表征方法,探讨了应变及应变速率对大塑性变形合金微观组织与力学性能的影响。研究内容主要包括以下三个方面:(1)采用Gleeble-3180热模拟机研究不同变形条件下(变形温度300-450、应变速率0.01-10 s-1)喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金的流变应力行为,基于双曲正弦函数的本构方程和Z参数来描述喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金的高温变形行为,通过动态材料模型建立2D加工图和3D功率耗散图来分析应变和应变速率对合金热压缩的影响,优化合金的热变形工艺参数,为后续塑性成型加工提供理论依据。研究表明,在热压缩变形中,随着应变的增加,失稳区逐渐向中低应变速率区域扩展,动态回复发生在低温高应变速率时,动态再结晶发生在高温低应变速率下,在温度范围为400-450,应变速率为0.01-0.08 s-1的区域有着较好的加工性能。(2)针对喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金,进行了不同应变的快速冷冲变形。利用TEM、SEM及XRD分析了合金在不同应变条件下第二相的演变规律,揭示了应变对快速冷冲喷射成形Al-Cu-Mg合金微观组织与力学性能的影响。研究表明,合金中位错密度随着应变的增加而增加,当应变增加至0.6时,合金中析出相数量显著增加,当应变增加至0.9时,析出相数量最多。随着应变的增加,合金的应力整体上是不断增加,硬度从80.1 HV升高至133.2 HV。(3)探究了大塑性变形时,应变速率对快速冷冲和热轧Al-Cu-Mg合金力学性能的影响。利用TEM分析了大塑性变形热轧状态下合金微观组织的变化规律,探讨了热轧变形过程中,喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金在不同应变速率状态下S′相的破断和回溶机制,阐明了不同应变速率条件下大塑性变形Al-Cu-Mg合金的强韧化机制。研究表明,喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金在热轧过程中,S′相发生了一定程度的扭曲,破断和回溶,且随着应变速率的升高,析出相数量减少,位错密度下降,抗拉强度从492.45 MPa下降至427.63 MPa。在快速冷冲过程中,应变速率对喷射成形Al-Cu-Mg挤压态合金力学性能的影响较小。
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