Al基非晶包套挤压工艺的数值模拟

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A1基非晶合金具有较高的比强度、良好的韧性以及较高的耐蚀耐磨性能。但是其非晶形成能力有限,难以获得大尺寸块体非晶合金。利用非晶合金在过冷液态的粘滞流变行为,为将粉末固结成为致密的块体材料提供了机遇。本文以Al-Ni-Y-Co-La非晶合金为基础,利用气体雾化法制备出良好的非晶粉末,采用包套挤压成型方法可制备出具有高致密度的A1基块体非晶合金。然而在包套挤压过程中材料内部的温度场和应力场的变化与工艺参数的改变密切相关。由于挤压过程的不可视化,以及挤压过程中边界条件复杂化,使得工艺控制成为难点。本文利用有限元方法对Al86Ni6Y4.5Co2La1.5非晶合金粉末包套挤压过程进行数值模拟,分别考察了包套材料的选择、模具结构的设计、挤压速度和挤压比两种挤压工艺参数的优化,以及在挤压过程中温度场的分布等,以期制定出最佳的挤压工艺。主要结论如下:1.包套材料的选择。选取了1011、6062和2024三种不同强度和塑性的铝合金做为包套材料,模拟结果表明采用6062铝合金做为包套材料在变形过程中与坯料的强度匹配较好,坯料变形均匀稳定,应力变化均匀。2.模具的结构设计。设计了四种模具出口角度,分别为圆角、30°、45°和60°,模拟结果表明:出口角度为圆角时,有利于包套和坯料顺利挤出模具,坯料的截面尺寸稳定,等效应力分布均匀,效率高。3.挤压工艺的优化。分别选取了挤压速度为1mm/s、2mm/s和4mm/s,挤压比为4:1、10:1和20:1的工艺参数。结果表明:挤压速度2mm/s,挤压比4:1时,包套和坯料的变形良好,流动速度平稳,等效应力分布均匀,不易引起缺陷的产生。4.挤压过程中温度场的变化情况。模拟结果表明:在转移阶段和停留阶段时,包套和坯料由于对流换热和接触换热的存在,温度变化均匀,整体有所降低;挤压阶段,在变形区内,由于摩擦热和变形热的存在,包套和坯料的温度局部升高,使得坯料塑性流变能力增强,提高了变形均匀性。
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