6063合金半固态触变挤压及数值模拟

论文摘要

20世纪70年代初,美国麻省理工学院D.S.Spencer等研究人员发现了金属在凝固过程中的特殊力学行为。随后,在Flemings教授的领导下,对具有球状初生固相的半固态合金形成机制、半固态浆料的力学行为和成形特点进行了深入研究,创立了金属半固态成形的概念、理论和技术。随着半固态金属成形技术的日趋成熟,其成本将大幅度下降,质量不断提高,被专家们称为21世纪新一代的金属成形技术。本文以6063合金为研究对象,系统地研究了半固态坯料的制备、二次加热、触变挤压成形；另外对6063合金固态挤压成形和半固态触变挤压成形进行了数值模拟,并取得了以下研究成果：采用近液相线半连续铸造技术制备的6063合金半固态坯料微观组织均匀细小。重熔加热温度和保温时间共同影响着重熔加热组织的演变过程,在固液两相区内,随着加热温度的升高,a相的生长和球化速度变快。本实验中,二次加热的合适工艺制度为630℃下保温30min,或者640℃下保温25min。此时液相体积分数为23%左右,晶粒平均等级圆直径为160μm左右。半固态触变挤压成形所用的挤压力小,挤压速度快。挤压制品经T6热处理后,其抗拉强度达到297MPa,延伸率达到19.87%,远远超过固态挤压的力学性能。利用三维有限元模拟软件DEFORM-3D对6063铝合金半固态触变挤压和固态挤压工艺过程进行模拟。模拟结果显示：在相同挤压条件下,半固态触变挤压成形过程中模具所受载荷较固态挤压成形工艺小10余倍,挤压过程中稳定时间短,并且稳定期间等效应力的波动也很小。通过此次研究,半固态触变挤压的优势更加直观。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 6063铝合金
• 1.2 半固态金属成形技术概述
• 1.2.1 半固态金属成形技术
• 1.2.2 金属半固态金属成形数值模拟
• 1.2.2.1 半固态金属流场的数值模拟
• 1.2.2.2 半固态金属温度场及应力场的数值模拟
• 1.2.2.3 半固态金属微观组织的数值模拟
• 1.3 传统挤压成形技术
• 1.4 半固态挤压成形技术
• 1.5 本课题的目的及研究内容
• 1.5.1 本课题研究的目的
• 1.5.2 本课题研究的主要内容
• 第2章 6063合金半固态坯料的制备
• 2.1 近液相线半连续铸造6063合金坯料
• 2.2 铸态组织观察及分析
• 2.3 小结
• 第3章 6063合金的半固态二次加热
• 3.1 实验
• 3.2 实验结果及分析
• 3.3 小结
• 第4章 6063合金半固态触变挤压
• 4.1 半固态触变挤压工艺
• 4.1.1 坯料的加热温度及保温时间
• 4.1.2 挤压比
• 4.1.3 挤压力
• 4.1.4 模具及料筒温度
• 4.2 实验设备
• 4.3 挤压成形
• 4.4 半固态变形机制
• 4.5 实验结果
• 4.6 小结
• 第5章 6063合金半固态触变挤压数值模拟
• 5.1 DEFORM-3D软件介绍
• 5.1.1 DEFORM的产品类型
• 5.1.2 DEFORM-3D的功能
• 5.2 几何建模
• 5.3 材料模型
• 5.4 物理性能参数
• 5.5 热力耦合分析处理及模拟参数
• 5.6 模拟结果
• 5.6.1 模拟挤压过程描述
• 5.6.2 温度分布
• 5.6.3 载荷分布
• 5.6.4 应力分析
• 5.6.5 应变分析
• 5.6.6 流场分析
• 5.7 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士论文期间撰写论文情况