变向平面挤压对6063铝合金组织的影响及有限元模拟

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变向平面挤压作为一种制坯工艺,能够实现大塑性变形,是一种新工艺,可以细化晶粒,改变β相的分布,使其均匀化,以提高合金的综合性能。目前国内外暂无该工艺的报道,为此本文以6063铝合金作为研究对象,探究了挤压工艺和热处理工艺对铝合金组织和性能的影响,进而研究变向平面挤压工艺的变形机理和所存在的问题,并通过三维有限元模拟软件DEFORM进行挤压工艺模拟,从中解决工艺中存在的问题,为改进和优化变向平面挤压工艺提供了实验数据和理论依据。本文采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析、透射电子显微镜(TEM)、维氏硬度等材料分析测试手段,对材料的各变形量挤压态、热处理后的微观组织结构和力学性能进行了分析。实验结果表明:变向平面挤压工艺一改以往的变形方法,通过新的变形方法不仅使得铝合金晶粒得到细化,而且也可调整铝合金中的第二相分布,硬度得到了提高。该变形方法不同于等通道变形,等通道变形中,铝合金存在变形区和稳定区,无法改变第二相沿轴向的分布,因此无助于改变第二相分布的不均匀性,而且存在着各向异性,本课题的变形方法可以明显改变其缺陷,明显提高其第二相的分布均匀化,使得铝合金中的第二相颗粒之间的运动距离加大,促使其第二相颗粒的分布更加均匀。变向平面挤压工艺和其它单轴成形工艺如轧制、单向压缩不同,变向平面挤压因其外加载荷轴方向不断变化,最大应变主轴ε1的方向沿x、y、z三个方向循环变化,材料在形变过程中沿x、y、z三个方向都能被压缩和拉长,反复变形,这不仅细化了晶粒,同时也细化了第二相,弥散了第二相。此工艺虽然类似于多向锻造工艺,但是又不同于多向锻造工艺,多向锻造工艺是一种自由锻工艺,其变形可以分三个变形区,变形和应力状态都较为复杂,而变向平面挤压工艺与之相比是平面变形,变形和应力状态都相对简单,而且应力状态为三向压应力状态,因此变向平面挤压更能提高变形金属的塑性。对于变向平面挤压的每一次变形,金属只能沿某一方向流动,从而防止了金属的回流,而且能够更好地控制变形量。
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