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5A30带筋宽幅铝型材的制备技术研究

作　者: 吴锡坤
导　师: 张新明；袁鸽成
学　校: 中南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 5A30铝合金带筋宽幅铝型材等温压缩变形材料常数仿真分析模具结构挤压工艺应力腐蚀
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

采用在Gleeble-1500热模拟试验机上进行的高温等温压缩试验,研究了5A30铝合金在高温条件下的变形行为,并通过回归分析,求得5A30铝合金高温变形材料常数；采用HyperXtrude有限元仿真分析方法,通过模拟建模与计算,分析了型材流速、型材变形和模具应力分布情况,并对模具结构参数进行优化设计；参考挤压过程模拟仿真结果,结合挤压试验,研究了5A30带筋宽幅铝型材的挤压工艺,获得了最佳挤压工艺参数；借助慢应变速率拉伸测试(SSRT).OM.SEM及TEM等分析手段,研究了预变形量对5A30带筋宽幅铝型材应力腐蚀与剥落腐蚀性能的影响,并分析了其在不同预变形量条件下的显微组织,主要内容及结果如下：1.5A30铝合金在温度为300～500℃,应变速率为0.001～1.0s~-1范围内高温塑性变形时存在稳态流变特征。稳态流变应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增加,进入稳态变形阶段的应变值也相应的增加。说明5A30铝合金为正应变速率敏感材料,温度对流变应力的影响比应变速率对流变应力的影响更明显。2.5A30铝合金高温压缩塑性变形存在热激活过程,其在高温塑性变形时,稳态流变应力ρ、应变速率ε和变形温度T之间满足双曲正弦关系,采用最小偏差法求得5A30铝合金高温塑性变形的材料常数为：A=9.94×1010s-1、α=0.0119mm2/N.n=4.677.Q=162.3kJ/mol,获得流变应力σ解析表达式为：σ=68.96ln{[z/(9.94×1010)]1/5.439+{[z/(9.94×1010)]2/5.439+1)1/2}。3.铝金属在导流孔的流速较慢,当铝金属经过导流孔进入型腔后流速分布不均衡,导致型材流速不均匀,容易引起型材偏壁和变形；导流模最大应力分布在模面表面位置,最大应力为939Mpa,模面最大应力分布在悬臂位置处,悬臂位置最大的应力为1314Mpa。4.导流模与定径带结构尺寸优化后,型材流速均衡、变形减小；试模料头变形与仿真分析一致,试模料身的各项质量数据合格,符合设计要求；5A30带筋宽幅铝型材的最佳挤压工艺参数为：铸锭温度(460-480℃)、模具温度(470℃)、挤压筒温度(440-460℃)、挤出温度(480-500℃)、挤压速度(2-4m/min)。5.预变形量在0～15%范围内,5A30带筋宽幅铝型材的ISSRT值随预变形量增加先减小后增大,在预变形量为10%时,ISSRT值最小；预变形量为0时,在3.5% NaCl溶液中的SSRT断口形貌呈现类解理特征,随着预变形量增加,类解理特征先减弱后增强,预变形量为10%时,类解理特征最小,5A30铝型材的SCC敏感性随预变形量增加先减小后增大。6.预变形量对5A30带筋宽幅铝型材剥落腐蚀性能的影响与对其应力腐蚀性能的影响相似,未变形时,出现EA级剥落腐蚀,随着预变形量增加,抗剥落腐蚀能力增强,预变形量为10%时,未出现点蚀及剥落腐蚀现象,随着预变形量继续增加时,抗剥落腐蚀能力减弱,预变形量为15%时,出现PB级点蚀。7.无预变形时,5A30合金的位错密度低,晶界β相间距较小,局部呈连续分布；预变形量增加至10%时,合金的位错密度升高,晶界β相析出减少,且无连续分布现象；预变形量增加至15%时,产生大量位错缠结,内应力增大,晶界p相析出增多且间距小,局部呈连续分布。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 铝型材挤压成形技术  11-15
    1.2.1 铝型材挤压变形特征  11-12
    1.2.2 铝型材挤压成形中的摩擦效应和热效应  12-13
    1.2.3 铝型材挤压成形数值模拟技术的研究现状  13-15
  1.3 铝合金高温塑性变形行为研究  15-17
    1.3.1 金属高温塑性变形研究的理论基础  15-16
    1.3.2 铝合金高温塑性变形行为的研究现状  16-17
  1.4 本论文的研究内容与技术路线  17
    1.4.1 研究的主要内容  17
    1.4.2 技术路线  17
  1.5 本章小结  17-20
第二章 5A30铝合金高温流变特性研究  20-34
  2.1 金属高温塑性变形行为的研究方法  20-21
  2.2 5A30铝合金高温等温压缩试验  21-22
  2.3 5A30铝合金的流变应力分析  22-27
    2.3.1 5A30铝合金压缩变形真应力-真应变曲线分析  22-24
    2.3.2 5A30铝合金压缩变形流变应力的温度修正  24-26
    2.3.3 应变速率对5A30铝合金流变应力的影响  26-27
    2.3.4 变形温度对5A30铝合金流变应力的影响  27
  2.4 5A30铝合金的本构关系  27-29
  2.5 5A30铝合金高温变形组织分析  29-32
    2.5.1 变形温度对变形组织的影响  29-30
    2.5.2 应变速率对变形组织的影响  30-32
  2.6 本章小结  32-34
第三章 5A30带筋宽幅铝型材挤压成形过程研究  34-44
  3.1 铝型材挤压模拟系统HyperXtrude介绍  34-35
  3.2 5A30带筋宽幅铝型材挤压模具及模拟建模  35-38
  3.3 5A30带筋宽幅铝型材挤压速度与模具强度分析  38-41
  3.4 5A30带筋宽幅铝型材挤压模具结构参数优化  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 5A30带筋宽幅铝型材的组织与性能研究  44-54
  4.1 5A30带筋宽幅铝型材的挤压工艺  44-45
  4.2 5A30带筋宽幅铝型材的耐腐蚀性能  45-50
    4.2.1 实验方案  46-47
    4.2.2 5A30带筋宽幅铝型材的应力腐蚀性能  47-49
    4.2.3 5A30带筋宽幅铝型材的剥落腐蚀性能  49-50
  4.3 5A30带筋宽幅铝型材的微观组织  50-52
  4.4 本章小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-60
致谢  60-62
攻读硕士学位期间主要的研究成果  62

5A30带筋宽幅铝型材的制备技术研究

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