ZL101二次加热微正挤压试验研究

论文摘要

微塑性成形技术在微型零件的精确、高效和批量成形中发挥着非常重要的作用,然而出现的有别于传统宏观变形的明显的尺度效应,却限制了微成形技术的广泛运用,因此,研究和发展微成形技术具有深刻的理论意义和广阔的应用前景。本文在对国内外微成形技术研究现状和发展趋势分析的基础上,从微塑性成形技术新型材料方向入手,结合半固态金属良好的物理性能,对半固态金属ZL101进行二次加热微正挤压试验,来探讨半固态金属的微成形工艺可行性。针对半固态金属微正挤压工艺,设计并制造了用于试验研究的微型模具,改进了加热圈及温控系统,采用铝合金ZL101坯料,利用正交试验方法对其进行二次加热微正挤压试验,验证了半固态金属的微成形性,并研究了各挤压参数对半固态金属微成形性的影响,得出如下结论: 1.对最大单位挤压力σp影响最大的是成形温度;而对最大单位挤压力与挤压面积之比Pm /S 2,坯料直径D和挤压直径d对其有较大的影响,并且Pm /S 2随着挤压直径的减小而增大。2.相同的变形程度下,在半固态区间内成形的最大单位挤压力σp大大低于固态热成形,挤压比为100时可减少35%;相同温度下,半固态区间内Pm/S2与挤压比η几乎成线性正比关系,固态热成形条件下呈抛物线关系,并且Pm/S2都是随着挤压比η的增加而增大;半固态区间内的最大单位挤压力σp波动很小,而固态热成形条件下的波动较明显,且都是在一定的范围内波动。3.试验过程中,出现了与挤压直径尺寸相关的尺度效应,利用半固态金属触变成形成功地实现了挤压比高达400的正挤压。对半固态金属在二次加热过程中的组织演化情况进行了初步研究,探讨了部分挤压参数对ZL101铝合金微正挤压过程中组织改变的影响规律,发现:挤压温度是影响微观组织改变的关键因素,它可以通过影响组织中的共晶相来改变微观组织结构,微小的挤压直径尺寸会影响组织的改变。本文的研究在指导微成形工艺设计、模具设计及新材料的应用方面起到一定的作用,同时也验证了已有的成果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微成形技术
• 1.2.1 微成形技术理论基础
• 1.2.2 微成形技术发展现状
• 1.2.3 塑性微成形技术面临的挑战和发展趋势
• 1.3 半固态成形技术
• 1.3.1 半固态成形技术理论基础
• 1.3.2 半固态二次加热技术特点
• 1.3.3 半固态成形技术应用现状
• 1.4 本课题研究目的及内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 微正挤压模具及微正挤压系统
• 2.1 引言
• 2.2 微型模具
• 2.2.1 微细制造技术
• 2.2.2 微型模具分类及制造
• 2.3 微正挤压模具设计
• 2.3.1 模具材料的选择
• 2.3.2 模具结构的设计
• 2.4 微成形加热及温控系统
• 2.4.1 微成形加热特点及要求
• 2.4.2 半固态二次加热技术
• 2.4.3 半固态微挤压加热温控系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 半固态微正挤压正交试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 半固态材料选择与制备
• 3.3 微挤压试验参数的选用
• 3.3.1 试验温度
• 3.3.2 挤压直径
• 3.3.3 挤压比
• 3.3.4 其他参数的选用
• 3.4 正交试验
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 正交试验表
• 3.5 正交试验结果分析
• 3.5.1 成形件实物分析
• 3.5.2 单位挤压力曲线研究
• 3.5.3 挤压参数对微成形的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 半固态金属微正挤压变形的微观机理
• 4.1 半固态变形机理
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 晶界滑移
• 4.2 半固态微观组织的演化机制
• 4.2.1 动态再结晶
• 4.2.2 变形过程中的晶粒再长大
• 4.3 挤压对半固态金属微观组织的影响
• 4.3.1 半固态挤压变形机制
• 4.3.2 挤压过程中微观组织的特征
• 4.4 本章小结
• 第五章 ZL101 铝合金触变微正挤压金相研究
• 5.1 ZL101 铝合金二次加热组织变化特征
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 ZL101 铝合金挤压前组织特征
• 5.1.3 ZL101 铝合金微正挤压件组织特征
• 5.2 挤压参数对ZL101 铝合金微观组织的影响
• 5.2.1 挤压温度的影响
• 5.2.2 挤压直径的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文