2124铝合金的均匀化与热模拟研究

论文摘要

2124铝合金是在传统2024铝合金基础上,降低了铁、硅等杂质含量并采用特殊生产上艺技术发展起来的高纯、高强、高韧铝合金。对东北轻合金有限公司生产的2124铝合金铸锭进行了均匀化处理和热模拟研究,采用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等分析了均匀化前后合金相组成和化学成分的变化；建立了该合金流变应力本构方程和加工图,并采用OM和透射电镜（TEM）分析了变形条件对合金显微组织的影响,得出了如下结论：（1）铸态2124铝合金主要由基体α（Al）和片状θ（Al2Cu）、针状S（Al2CuMg）棚以及多边形块状Al6Mn相等组成。铸态合金中存在大量树枝状组织,Cu、Mg和Mn元素在晶内及晶界分布不均匀。在晶界上有许多粗大的Al2CuMg相和含少量Mn的Al2Cu非平衡相。（2）随均匀化温度的升高或均匀化时间的延长,合金组织中的非平衡相逐渐溶解,晶界变得稀薄,各合金元素分布趋于均匀。经过均匀化处理后,合金中的S相完全回溶到基体中。2124合金适宜的均匀化制度为490～500℃/24h,这与均匀化动力学分析得出的结果相符。（3）2124铝合金热压缩流变行为可用双曲正弦函数修正的Arrhenius关系和温度补偿变形速率因子Z参数描述,表明其高温塑性变形受热激活控制。材料的四个特征参数为：应力指数n=4.1093,应力因子α=0.0173MPa-1,结构因子A=1.4084×1011s-1,变形激活能Q=170.13kJ/mol。（4）变形温度低于420℃时,2124铝合金在热变形过程中仅发生动态回复,其组织主要是亚晶组织；当变形温度达到或超过420℃时,在1n z≤25.6的变形条件下,合金中发生部分动态再结晶,动态再结晶的形核机制主要是亚晶合并形核。（5）利用动态材料模型（DMM）建立了2124铝合金的加工图,其研究表明,中温低应变速率区域（变形温度为440～480℃,应变速率为0.01～0.1s-1）是该合金最佳加工区域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 Al-Cu-Mg合金概述
• 1.1.1 国外Al-Cu-Mg系铝合金的研究与发展
• 1.1.2 国内Al-Cu-Mg系铝合金的研究与发展
• 1.2 Al-Cu-Mg合金的合金化机理
• 1.2.1 主合金化元素
• 1.2.2 微量添加元素
• 1.2.3 杂质元素
• 1.3 铸锭均匀化处理
• 1.3.1 均匀化温度的选择
• 1.3.2 均匀化时间的选择
• 1.4 热变形理论基础
• 1.4.1 流变应力本构方程
• 1.4.2 热变形过程的软化行为
• 1.5 加工图
• 1.5.1 动态材料模型
• 1.5.2 基于DMM的失稳准则
• 1.6 本论文研究的目的和内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 合金铸锭
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 2124铝合金均匀化处理
• 2.2.2 2124铝合金热压缩实验
• 2.2.3 示差扫描热分析
• 2.2.4 X射线衍射分析
• 2.3 微观组织观察与分析
• 2.3.1 金相组织观察
• 2.3.2 扫描电镜观察
• 2.3.3 透射电镜样品制备和观察
• 第三章 2124铝合金的均匀化处理
• 3.1 合金铸态组织及分析
• 3.2 合金铸态的DSC分析
• 3.3 均匀化处理对合金铸态组织的影响
• 3.3.1 均匀化温度对合金铸锭组织的影响
• 3.3.2 均匀化时间对合金铸锭组织的影响
• 3.3.3 均匀化前后合金元素的成分分布
• 3.3.4 均匀化前后合金的TEM组织
• 3.3.5 均匀化前后合金的XRD物相分析
• 3.4 分析与讨论
• 3.4.1 均匀化处理基本原理
• 3.4.2 均匀化动力学分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 2124铝合金的热模拟研究
• 4.1 2124铝合金热变形的流变特性
• 4.1.1 真应力-真应变曲线
• 4.1.2 流变应力本构方程
• 4.1.3 变形条件对流变应力的影响
• 4.2 基于人工神经网络的流变应力预测
• 4.2.1 人工神经网络（ANN）基本原理
• 4.2.2 样品数据及归一化处理
• 4.2.3 隐层单元数的选择
• 4.2.4 神经网络模型训练结果与误差分析
• 4.3 变形条件对2124铝合金高温压缩变形组织的影响
• 4.3.1 变形温度对合金显微组织的影响
• 4.3.2 应变速率对合金显微组织的影响
• 4.3.3 动态再结晶临界条件
• 4.4 软化机制探讨
• 4.4.1 动态回复机制
• 4.4.2 动态再结晶机制
• 4.5 2124铝合金加工图研究
• 4.5.1 加工图理论
• 4.5.2 2124铝合金加工图及分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录