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复合挤压制备超细晶铝合金及性能、组织演变的研究

作　者: 罗许
导　师: 史庆南
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 6061铝合金等通道转角挤压反复镦挤复合挤压工艺背散射电子衍射
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

6061铝合金具有良好的塑性和优良的可焊性和抗蚀性,可加工成板、管、棒、型、线材和锻件。主要用作建筑型材,以及需要良好耐蚀性能的大型结构件、卡车、汽车、船舶、铁道车辆结构件、导管等构件。同时由于其密度小,满足各领域节能、环保的要求,是未来可持续发展最具前景的材料之一。因此如何提高其性能以满足不断发展的工业、生产需求,成为各领域竞相研究的热点。晶粒细化是提高材料强度的一种有效方法,研究表明当晶粒细化到1μm后,材料将表现出一系列不寻常的物理、化学和力学性能。制备超细晶材料的工艺方法众多,大塑性变形法由于具有能够制备出大块、致密材料且工艺简单、成本低廉等诸多优点而日益引起人们的重视。等径角挤压技术能够强烈的细化晶粒,制得的超细晶材料以其优良的性能受到材料科学界的广泛关注；而CCDC法制备超细晶材料研究处在初级阶段,细化常规晶粒尺寸至亚微米级甚至纳米级晶粒尺寸效果相比其他大塑性变形方法要好,本文在课题组先前结合这两种方法的优点而提出一种新的复合挤压工艺CCEC的基础上,演变出两种工艺路线,并对6061铝合金进行复合挤压大塑性变形制备超细晶材料。根据复合挤压工艺的特点提出的两种不同的工艺路线,对材料进行复合挤压加工后,并与等径角挤压工艺在性能、组织细化演变方面做对比。在室温下,实验成功的对6061铝合金进行了四道次复合挤压加工变形。研究6061铝合金在这三种不同工艺路线挤压加工下的显微组织、拉伸性能和显微硬度等,并在不同加工道次下进行比较。微观组织的观察表明(CCDC-ECAP)工艺路线在细化晶粒方面最优,四道次复合挤压加工后可以得到晶粒或亚晶尺寸小于1μm的等轴细晶,而晶粒最终细化程度取决于复合挤压前晶粒的尺寸、挤压加工变形量和再结晶退火工艺；同时该工艺路线下获得的力学性能(抗拉强度、显微硬度、屈服强度等)最好,但延伸率相对有所偏低。尝试不同再结晶退火制度,分析了在不同再结晶退火制度下组织演变的规律,确定了在不同的变形量下,既可消除加工硬化,又生成均匀细小晶粒的退火制度。为深入研究或工业生产中某些参数的制定提供依据。研究了复合挤压加工与ECAP变形过程中材料变形量与变形织构之间的关系。结果证明当剪切变形量不断增加时ECAP变形存在一个稳定织构。对6061铝合金的试验表明,在相对较小的变形量下,材料内会形成旋转立方织构。但随着ECAP变形量的增加,旋转立方织构分量的强度的下降,{112}<110>分量的强度迅速增加并成为材料内唯一一个织构分量。表明ECAP变形时随变形量的增加存在一个亚稳态的旋转立方织构和二个最终稳定的A{112}<110>织构和Z{111}-<110>织构分量。复合挤压变形过程包括挤压剪切和压缩弯曲变形,变形过程中除了出现亚稳旋转立方织构外,还有少量{112}<110>织构分量。随加工道次的增加,旋转立方织构分量减少,出现较稳定的{112}<110>、{423}<112>及{112}<111>织构取向等并相互交错,还有少量的S{123}<634>织构以及极弱的U{100}<001>织构取向。对于可热处理强化的铝合金来说,其实际应用中仍可能会对变形后的材料进行再结晶退火等热处理工序,或后续变形过程及应用中在一定温度下进行,因此研究复合挤压变形后材料内的细晶组织的高温稳定性及退火过程中织构的变化也是本文的研究内容之一。对6061铝合金ECAP后变形组织的热稳定性研究表明ECAP变形后材料具有良好的热稳定性,300oC下退火0.5h结束时晶粒趋于均匀,尺寸大小仍与加工态保持同一数量级。ECAP变形后6061铝合金在180oC半小时去应力退火后的主要织构为旋转立方织构,300oC下退火0.5h结束时为稳定的立方织构。与ECAP变形并退火后铝合金经常出现的立方织构不同,复合挤压加工后对铝合金退火时,其再结晶织构有随温度升高而逐渐减少的立方织构{100}<100>组分,与形成再结晶孪晶取向的B{110}<112>织构组分,绕TD/<111>转动在形变基体上形成孪晶。上述织构的分析结果,将为下一步深入研究复合挤压变形机理提供了重要的依据。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-32
  1.1 铝合金及性能  10-11
  1.2 超细晶材料的制备方法  11-21
  1.3 ECAP的研究概况  21-28
  1.4 CCDC法的工艺原理及研究现状  28-30
  1.5 研究目的、意义和内容  30-32
第二章晶体织构分析方法  32-52
  2.1 晶体织构简介  32-33
  2.2 晶体取向  33-36
  2.3 织构的测量方法  36-37
  2.4 织构的极图表达  37-39
  2.5 织构的取向分布函数表达  39-45
  2.6 EBSD与织构分析  45-46
  2.7 面心立方金属的形变和再结晶行为  46-51
  2.8 总结  51-52
第三章实验过程与研究方法  52-64
  3.1 实验方案  52-53
  3.2 实验材料  53
  3.3 实验用仪器设备  53-54
  3.4 挤压力测量  54-56
  3.5 CCDC法模具结构设计  56-58
  3.6 组织性能检测  58-62
  3.7 织构测定试验  62-64
第四章复合挤压变形过程中6061铝合金显微组织及性能分析  64-87
  4.1 工艺实验研究和细化过程分析  64-66
  4.2 6061铝合金复合挤压变形  66-68
  4.3 挤压行程力分析  68-69
  4.4 加工道次对6061铝合显微组织的影响  69-77
  4.5 加工道次对6061铝合金的拉伸性能影响  77-80
  4.6 复合挤压变形后铝合金的拉伸端口形貌分析  80-83
  4.7 复合挤压变形后材料硬度测试及分析  83-84
  4.8 复合挤压变形后材料压缩性能测试及分析  84-85
  4.9 本章小结  85-87
第五章复合挤压过程中6061铝合金微观组织演变及晶粒细化机制  87-114
  5.1 铝合金复合挤压变形前的组织形态  88
  5.2 各挤压工艺过程中的组织变化  88-96
  5.3 TEM结果分析  96-99
  5.4 复合挤压工艺过程中的织构分析  99-112
  5.5 层错能对复合挤压冷加工织构的影响  112-113
  5.6 本章小结  113-114
第六章复合挤压变形6061铝合金的退火组织及退火织构  114-131
  6.1 挤压后6061的退火处理及微观组织观察  114-117
  6.2 组织变化过程  117-119
  6.3 形变金属再结晶的一般理论  119-122
  6.4 再结晶的形成  122-123
  6.5 再结晶的形核机制  123-124
  6.6 再结晶机制再结晶退火过程的织构变化  124-130
  6.7 本章小结  130-131
第七章结论  131-133
致谢  133-134
参考文献  134-146
附录A 硕士期间发表的论文  146

复合挤压制备超细晶铝合金及性能、组织演变的研究

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