6xxx铝合金半固态坯料的制备及其成形数值模拟

论文摘要

金属半固态加工技术是一种节能节材、高精度、高性能的新型加工方法,具有广阔的发展前途,是21世纪最具有发展潜力的金属成形技术之一。本文采用液相线半连续铸造工艺制备6063和6061铝合金半固态坯料,采用该工艺可以获得适合于半固态加工的细小、均匀的蔷薇状或近球状的晶粒组织,且工艺简单、生产效率高。采用Image-Pro Plus金相图像分析软件对半连续铸锭的组织进行晶粒尺寸和圆整度的分析,铸坯中心部位的晶粒尺寸和圆整度比边部的小,随着铸造速度的增加,晶粒尺寸增大,组织不均匀性增加。所以在略高于液相线温度保温,较低的铸造速度下进行半连续铸造能获得良好的非枝晶组织,并在此基础上分析了液相线半连续铸造条件下的形核及长大机理。利用电阻炉加热,考察了液相线半连续铸造的6063和6061合金坯料在不同的加热温度、不同的保温时间下的二次加热组织。通过Image-Pro Plus金相图像分析软件对二次加热组织进行液相和有效液相分数、晶粒平均等积圆直径和圆整度定量的分析,得到二次加热组织演变规律。6063合金在加热温度615℃,保温时间20min或加热温度635℃,保温时间10min；6061合金在加热620℃,保温时间10min,能够获得适合于半固态触变成形的浆料组织。本文利用了粘—塑性有限元模拟技术和半固态的变形机制,采用Deform-3D塑性有限元分析软件对6061合金在620℃半固态挤压成形进行了数值模拟,考察了挤压速度、模具结构及模具温度对半固态挤压时挤压力,挤压件温度场、等效应变场和等效应力场的影响,并与450℃固态挤压成形数值模拟结果进行了对比分析,由于变形机制的不同使得半固态挤压效果明显不同于固态挤压。通过数值模拟优化获得的6061铝合金坯料在620℃的半固态挤压工艺为：挤压速度3mm/s,模具温度200℃,挤压筒温度600℃的平模等温半固态挤压。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 综述
• 1.1 半固态金属成形技术
• 1.1.1 金属半固态成形工艺
• 1.1.2 半固态成形合金
• 1.2 半固态金属坯料的制备
• 1.3 半固态金属坯料的二次加热
• 1.4 半固态合金触变成形数值模拟技术
• 1.5 国内外半固态成形技术的发展状况
• 1.6 课题的目的、意义及研究内容
• 第二章 6XXX铝合金半固态坯料制备
• 2.1 实验材料和方法
• 2.1.1 6063铝合金的坯料制备
• 2.1.2 6061铝合金的坯料制备
• 2.2 实验结果与分析
• 2.2.1 6063合金半固态坯料
• （a） 坯料的微观组织
• （b） 铸造温度对组织的影响
• （c） 铸造速度对组织的影响
• 2.2.2 6061合金半固态坯料
• 2.3 近液相线半连续铸造6XXX系铝合金组织的形成机理
• 2.3.1 晶核的来源
• 2.3.2 晶核的长大
• 2.4 本章小结
• 第三章 6XXX铝合金半固态坯料的二次加热
• 3.1 6XXX合金半固态坯料的二次加热
• 3.1.1 实验方法及步骤
• 3.1.2 6063合金半固态坯料的二次加热
• （a） 保温时间对二次加热组织的影响
• （b） 加热温度对二次加热组织的影响
• 3.1.3 6061合金半固态坯料的二次加热
• （a） 二次加热的微观组织
• （b） 加热温度和保温时间对二次加热组织的影响
• 3.2 半固态坯料二次加热组织演变规律
• 3.3 本章小结
• 第四章 6061合金触变成形的数值模拟
• 4.1 粘塑性有限元法
• 4.1.1 粘塑性有限元法的基本假设
• 4.1.2 粘塑性有限元法的基本方程
• 4.1.3 塑性材料的变分原理
• 4.2 半固态材料变形行为
• 4.2.1 半固态材料的变形机制
• 4.2.2 半固态材料塑性变形的本构关系
• 4.3 6061铝合金挤压数值模拟
• 4.3.1 DEFORM软件的介绍
• 4.3.2 挤压模拟前处理
• 4.3.3 挤压模拟与结果分析
• 4.3.3.1 半固态挤压
• （a） 挤压速度对触变成型的影响
• （b） 模具温度对触变成型的影响
• 4.3.3.2 半固态和固态挤压模拟的区别
• （a） 挤压力
• （b） 出模具口处挤压件中心温度
• （c） 等效应变
• （d） 等效应力
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢