变形条件对6061铝合金焊合区晶粒生长影响的研究

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铝合金型材是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料,生产铝合金型材的模具主要有两种:一种是用于生产实心型材的实心模;另一种是用于生产空心型材的空心模,也就是分流组合模。然而,用分流组合模挤压型材将不可避免存在焊缝,但良好的焊缝可使型材在经表面处理后避免出现诸如黑带,或开裂这样的现象,焊缝的焊合效果主要与挤压模具设计和挤压工艺有关,而其模具设计和挤压工艺多依赖于经验;因此,铝型材挤压工艺的研究不仅需要着眼于如何生产出满足要求、具有一定形状尺寸的产品,更需要的是研究铝型材焊缝挤压过程中的受力状态、焊缝焊合的影响因素对晶粒生长的影响规律,从而改善型材生产工艺,提升型材的力学性能和耐腐蚀性能,提高铝型材的承载能力和内在质量。  本文选取6061铝合金型材分流挤压焊合区作为研究对象,对异体对接的铝棒试样进行了高温固态下镦粗焊合的实验研究。结合金属扩散理论,分析了6061铝合金对接试样的焊合机理,通过对试样受力状态模拟结果和试样的金相分析,得出了影响6061铝合金焊合的因素和不同条件下的晶粒生长规律。  主要工作和研究成果如下:  1在液压机上通过对异体对接的试样进行高温固态镦粗焊合实验,近似模拟了铝型材分流挤压的焊合过程。  2以金属扩散理论为基础,分析了分流挤压焊合过程,得出影响分流挤压焊合过程的因素为:温度、保温时间、静水压力以及等效应变。  3为了给实验方案设计提供参考依据和分析试样变形过程中的力学规律,采用有限元软件DEFORM-2D对铝合金镦粗焊合过程进行了数值模拟研究,得到了不同条件下试样在镦粗过程中应力应变的变化规律:(1)同一棒料试样中,静水压力和等效应变在中心得到最大值,并向纵向两端递减。(2)在其它条件相同的情况下,静水压力随温度的升高而降低,等效应变则随温度的略升高或不变。(3)在铜铝试样块的高度相同,且温度和压下量也相同时,高径比越大,静水压力和等效应变就越小。(4)试样尺寸规格相同,且其他条件也相同时,静水压力和等效应变都随压下量的增大而增大。  4通过观察和分析在不同温度、保温保压时间、静水压力和等效应变的情况下试样焊合区的晶粒,结合模拟结果,得到了这些因素对焊合区的晶粒生长的影响:(1)温度越高,越有利于晶粒的生长,就越容易使晶粒跨越焊合线生长,加快异体金属的焊合;但过高的温度,也会使得晶粒急剧恶化,反而降低了焊合效果。(2)延长保温保压时间,可以使晶粒得到更充分的生长,也可以使原子的扩散更均匀,但过长的时间会使得晶粒粗大。(3)静水压力越大,越有利于缩小焊缝,拉近了异体面的距离,使焊合区的晶粒更容易越过焊合线生长,也使得焊合线两侧原子的扩散提供了有利条件。(4)等效应变越大,不仅焊缝就变得越小,而且引起的晶粒缺陷,加快了晶粒的生长,更激活了焊合区的原子,使得扩散变得容易。
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