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Mg/Cu复合丝材的挤压拉拔工艺及性能研究

作　者: Kyalo Mathew Ndeto
导　师: 刘祖岩
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 共挤拉拔双金属铜包镁芯
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
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内容摘要

双金属线将两种不同材料的性能综合为一种混合的材料以得到更好的性能,比如提高耐腐蚀性，机械强度，电导率和比强度。通过仔细的选择，双金属材料的性质可以在特定的使用情况下进行优化。但是，由于加工过程的困难限制了实际使用中材料组合的数量。生产包芯线的一个主要原因是为了确保包套厚度的均匀性。共挤是一个通过单一复合坯料同时挤压出两种或者多种材料的过程。镁具有高的比强度，尺寸稳定性和阻尼性能，良好的热导率，电磁屏蔽性能及优异的机械加工性能同时易于回收。但是镁的耐腐蚀性和耐磨性较差，蠕变强度较低，易发生化学反应，这些限制了镁在很多方面的广泛应用。相反的，铜具有良好的耐腐蚀性，成形性，高的强度和抗疲劳性。铜可以在相对较高的温度下应用。根据上述镁和铜的性能，可以生产一种新的双金属产品以得到更优越的性能。在本文中，利用挤压和拉拔来生产镁芯和铜包套的双金属丝。第一步是在高的模具温度下进行两道次的复合挤压。第一道次挤压坯料直径从52mm变化为18mm，第二道次从18mm挤压到7mm，得到铜包镁的棒。挤压得到的铜包镁棒作为拉丝的初始坯料。拉丝过程首先在高温下进行，之后温度随着线的直径的减小而逐渐降低到室温。在不同的拉丝阶段取丝试样。最后，铜包镁坯料的直径由52mm减小到0.4mm。在拉丝之前进行挤压，以通过晶粒细化和提高镁芯和铜包套之间界面的完整性来提高镁的加工性能。镁的低温性能是通过挤压过程得到的。退火可以提高铜包镁线的力学性能。丝材的性能包括：几何参数，微观组织，力学性能，导电率和缺陷分析。在250℃下退火45分钟就可以得到再结晶晶粒。增加退火时间，会导致晶粒长大，平均晶粒尺寸增加。平均晶粒尺寸随着丝直径的减小而减小。0.4mm直径的镁芯其平均晶粒尺寸为6.6μm。屈服强度和抗拉强度随着丝直径的减小而增大，总延伸率减小。得到的导电率在50-54%IACS的范围内变化。采用DEFORM-2D软件对共挤和拉拔过程进行数值模拟。材料参数参照已有文献。在共挤的模拟过程中，比较了杯套和管套对材料流动行为的影响，尤其比较了不同包套厚度的影响。相比管套，利用杯套得到的包套直径更小。当包套厚度较小时（ts <7mm），包套会产生缺陷。7mm厚的包套包镁芯是管套的最优厚度，杯套的最小厚度。杯套利于材料的流动，但是同时也伴随着材料的损耗。管套中材料的共同流动可以通过延长挤压方向包套的长度实现，这样可以减少废料的数量。在拉丝的数值模拟中，得到的镁芯半径与包套半径的比值与实际结果吻合良好。

全文目录

Abstract  4-6
摘要  6-11
Chapter 1 Introduction  11-24
  1.1 Background, Objective and Significance of the study  11-14
  1.2 Review on metal extrusion  14-18
    1.2.1 Co-extrusion  15
    1.2.2 Co-extrusion flow behavior  15-18
  1.3 Rods and Wire Drawing  18-19
  1.4 Plastic Deformation  19-21
    1.4.1 Effects of dislocation  20
    1.4.2 Strengthening mechanisms  20-21
  1.5 Annealing  21-22
  1.6 Recrystallization and Grain-Growth  22-23
  1.7 Electrical Conductivity  23-24
Chapter 2 Experimental Methods  24-30
  2.1 Materials  24-27
    2.1.1 Co-extrusion  24
    2.1.2 Bimetal drawing  24-26
    2.1.3 Annealing  26-27
  2.2 Analysis  27-30
    2.2.1 Geometrical analysis  27
    2.2.2 Mechanical properties Analysis  27-28
    2.2.3 Microstructural Analysis  28-29
    2.2.4 Electrical Conductivity  29-30
Chapter 3 Finite Element simulation of Co- extrusion and Drawing Processes  30-43
  3.1 Introduction  30
  3.2 Material properties for the simulation Process  30-32
  3.3 Simulation of extrusion  32-39
    3.3.1 52mm- 18mm  32-33
    3.3.2 Inter-object relationships  33
    3.3.3 18mm-7mm  33
    3.3.4 Sleeve thickness  33-35
    3.3.5 Variation in sleeve thickness between pipe and cup sleeves  35-37
    3.3.6 Velocity field curves:  37
    3.3.7 Load Prediction  37-38
    3.3.8 Results for 18mm-7mm reduction  38-39
  3.4 Simulation of Wire Drawing  39-42
    3.4.1 Finite element model  39-40
    3.4.2 Inter object relationships  40
    3.4.3 Variation of sleeve thickness  40-41
    3.4.4 Velocity Distribution  41
    3.4.5 Temperature distribution  41-42
  3.5 Summary  42-43
Chapter 4 Results for co-extrusion and drawing  43-49
  4.1 Introduction  43-44
    4.1.1 Effects of reduction ratio  43-44
    4.1.2 Flow behavior and defects  44
  4.2 Geometric parameters of sample wires  44-48
    4.2.1 Defect observed in wire drawing  46-47
    4.2.2 Comparison between Experiments and Simulation  47
    4.2.3 Factors which led to discrepancies between FEM and actual results  47-48
  4.3 Summary  48-49
Chapter 5 Microstructural, mechanical and electrical properties  49-56
  5.1 Introduction  49
  5.2 Microstructure Analysis  49-51
  5.3 Grain size  51-52
  5.4 Mechanical properties  52-54
  5.5 Electrical conductivity  54-55
  5.6 Summary  55-56
Conclusions and Recommendations  56-58
References  58-63
Appendices  63-65
Acknowledgments  65

Mg/Cu复合丝材的挤压拉拔工艺及性能研究

内容摘要

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