HPT工艺参数对Al-Zn-Mg-Cu合金强韧化机理研究.pdf
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1、 年 月第 卷 第 期 工艺参数对 合金强韧化机理研究收稿日期:通讯联系人基金项目:安徽省教育厅高等学校科学研究项目()作者简介:刘海娟()女安徽合肥人副教授硕士 :.刘海娟张家玺丁永根薛克敏(.安徽文达信息工程学院 智能制造学院安徽 合肥.合肥工业大学 材料科学与工程学院安徽 合肥)摘 要:针对 合金进行了 变参数正交实验以探讨 工艺参数对合金力学性能的影响 通过多角度力学性能测试包括抗拉强度和延伸率等与常温试件的力学性能进行了比对分析了变化规律利用 对 合金在高温下的断口形态进行观察以揭示高温高压下 合金的破坏机制 研究内容将为该技术在工业上的推广与应用奠定一定的理论与技术基础关键词:正交
2、实验变形工艺参数 合金力学性能破坏机制中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:制造业是一个国家发展的重要基础而新材料的应用是工业制造业革新和跃进的重要基础 新材料、新技术、新工艺已经成为工业制造业进步和创新的重要途径它涉及民用军用和航天航空等领域在以科技进步引领社会进步大背景下世界各国都在努力发展本国科技实力力求在资源匮乏和不平衡的时代为本国各个领域创造有利的科研环境其中航空航天领域的发展对材料的要求越发严苛各类民用、军用飞机和航空航天领域等对安全、舒适、耐疲劳、强韧性好等性能的追求使得该领域对材料综合性能的要求越发严苛这也给材料的研究指出了明确的发展方向:既要求材料强度高质量轻耐磨
3、和耐蚀性好又要求材料的使用寿命和抗疲劳性能要足够高本研究以 合金作为试验材料在不同工艺参数条件下开展高压扭转试验以此获得理想的能够满足各项使用需求的材料为工业推广应用提供参考 试验工艺原理如图 所示图 高压扭转工艺原理图 实验材料及特性实验材料初始态为厚度 的轧制板材其成分百分比如图()所示除了铝之外主要合金成分为()、()、()常温下对 合金进行拉伸力学实验结果如图()所示 常温下该合金的延伸率约为 屈服应力约为 强度极限约为 根据实验数据在常温下 合金的延伸率仅为表现出较差的塑性 其屈服强度约为 强度极限约为 强度指标偏上 在常温实验基础上对该合金进行了不同高压扭转()工艺参数的实验并对拉
4、伸试样的断口进行了相关分析以探究其断裂机理和强化机理 结果与讨论.温度对机械性能的影响如图 展示了 合金在不同变形温度下的拉伸曲线在此条件下加载压力 保持为 扭转圈数 固定为 圈 可以看出 合金在 变形后与初始状态(见图()比较其抗拉强度都有很大的提高其最高抗拉强度为 提高幅度最高约为 同时发现经 处理后的材料在特定的温度区间中随处理温度的升高()其抗拉强度也有显著的提升(由 至 )这是由于在一定程度上升高形变温度后材料的塑性流变得更好使材料在形变时产生更大的形变量位错密度明显增大材料的力学性能因位错间的相互作用而显著提升 然而在 以上的高温环境下材料的拉伸强度却逐步降低 此现象主要源于随着形
5、变温度升高晶粒尺寸的增长趋势愈发明显 根据 公式晶粒尺寸越大合金强度则相应降低因此在高温条件下晶粒的粗化现象在一定程度上削弱了细晶强化的效果导致材料的力学性能随着变形温度的升高而减弱图 合金化学成分和常温力学参数图 不同扭转温度后的拉伸曲线 图 为不同扭转温度后的延伸率线结果表明在常温下该材料的延展率达到 比原始材料的延展率高出.拉伸速率随形变温度升高()显著降低其改变趋势与拉伸强度基本相吻合即随着温度升高合金的塑性指标和强度极限同时下降 说明了成形温度对 合金在高强度和高韧性有巨大的影响此研究具有重要的理论意义和应用价值刘海娟等 工艺参数对 合金强韧化机理研究图 不同扭转温度后材料的延伸率线
6、.扭转圈数对机械性能的影响图 是在 的加载压力和 的变形温度下不同扭曲圈数条件下合金的拉伸特性曲线(扭转圈数分别为、圈)经实验证明处理后 合金的强度极限显著提升远高于初始态强度极限 其最高强度极限分别达到了、最高提升程度可达 在 条件下改变扭转圈数系合金的强度极限均显著提高其主要影响因素包括以下几点:()随着旋扭次数的增加圆周方向的剪切强度相应增大原本粗大的晶粒发生显著碎裂并细化同时晶界呈现明显增加 这种现象是由于位错源数的增加导致位错在晶界上移动受到阻碍从而提升了晶格阻力和位错阻力()鉴于各晶粒之间位向性差异晶粒之间发生多重滑移从而导致位错间的相互作用这种相互作用妨碍了位错间的相互运动进而产
7、生类似的位错强化效果图 合金在扭转圈数下的拉伸特征 ()系合金的显微结构中含有丰富的多元合金相经 成形时由于变形量的累积使得在晶界偏聚物中的合金元素发生了反向溶解、结晶起到类似于“焊接”效果从而增加了晶界的强度综合以上因素 系合金的变形难度得以提高从而使其力学性能获得显著优化 合金经过高压扭转()变形后不同扭矩圈数下合金的伸长率变化如图 所示图 合金扭转圈数对其延伸率的影响 由图 可知随着扭转圈数的增加合金的延伸率基本呈正比增长 当扭矩圈数达到 圈时材料延伸率最高达到.接近常温塑性指标的两倍 综合图、图 可以知道通过增加扭转圈数增大其变形程度 合金的塑性和强度均可得到极大的提高可以获得既强又韧
8、的综合机械性能.加载压力对力学性能的影响图 展示了 合金在 下进行 圈扭转的变形前提下经不同载荷压强成形后的拉伸曲线 实验结果表明高压扭转变形过程中随着加载压力 的增加 合金的强度极限呈现出显著的提升其最高抗拉强度分别达到、最大提高幅度达到 值得注意的是随着扭转压力 的增大转矩在被压缩后能更好地向样品内部转移进而产生更大的剪切力 这种情况下材料内部的位错比率上升位错浓度显著提高(合金中的剪切位错对合金强化的影响显著从而提升了合金的整体力学性能蚌埠学院学报 年 月 第 卷 第 期(总第 期)图 压力对 合金拉伸性能的影响 图 是对 合金在各种载荷的作用下高压扭变后其伸长率的改变 结果表明随着扭转
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