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喷射沉积连续挤压Al-Cu-Mg系合金制备工艺研究及设备改进

作　者: 汪创伟
导　师: 尹建成
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 喷射沉积连续挤压 高强度低塑性 难成形材料 Al-Cu-Mg合金 组织演变
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


喷射沉积连续挤压(spray Conform)作为一种新近提出的材料成形新技术,集合了喷射沉积和连续挤压两种技术各自的优势,适用于高强度低塑性、难成形材料中小规格管棒型线材的连续生产。该技术具有高效节能、近终形、短流程等特点,其制品具有致密度高、组织细小均匀、无宏观偏析、性能优良等特点。对该技术进行深入研究,将对高强度低塑性以及高合金材料制备与新成形技术的开发与发展产生一定的影响。为此,本论文对该技术进行了以下的工作与研究：(1)在课题组研究工作的基础上,对试验用spray Conform设备进行了进一步改进,主要包括对熔炼装置及其辅助组件、流型控制器、导流管及其辅助组件、升降系统、挤压靴座支撑系统、挤压靴座限位装置、挤压靴座压紧系统等组件的设计和改造等,改进后的spray Conform设备结构更加合理,操作更方便。采用改进后的设备进行了spray Conform试验,获得了φ7mm、φ8mm和φ9mm的Spray Conform态Al-Cu-Mg合金。(2)以2Al2铝合金为研究对象,选取Ⅲ型喷嘴、Ⅲ型导流管、导流管伸出长度3mm、雾化气体压力0.2MPa和0.3MPa.流型控制器两大辊间距10mm、两小辊间距7mm、过热度200℃、控制辊轮转速1500r/min、喷射沉积距离260-350mm等参数,最终获得相对致密度较高、区域较窄的沉积坯。(3) Spray Conform态Al-Cu-Mg合金金相组织呈粗晶层和细晶层间隔分布,沿挤压方向呈“帽状”。粗细晶层宽度与冷却速率有关,为此,通过降低雾化气体压力,增加挤压轮转速提高冷却速度,达到减小粗晶层宽度,增加细晶层宽度,使组织趋于细小均匀。(4)通过对spray Conform态Al-Cu-Mg合金组织的分析,研究了2A12铝合金spray Conform成形过程中的组织演变机制,挤压轮转速较高时,粗晶层与细晶层厚度较小,同时晶粒尺寸也会变小。(5) Spray Conform态Al-Cu-Mg合金的致密度可达到99.35%,并对其进行了力学性能测试与分析,其抗拉强度(Rm)为305MPa,屈服强度(Rpo.2)为153MPa,延伸率(A)为11.7%,断面收缩率(Z)为22.2%,屈抗比(Rp0.2/Rm)为0.502。塑性变形的最后阶段,工程应力-应变曲线呈现锯齿状。这一特点有别于常规成形加工态的材料工程应力-应变曲线,其形成与spray Conform态Al-Cu-Mg合金的微观组织结构有密切的关系。(6)对spray Conform过程合金熔滴冷却速度进行计算,其冷却速率大于1.98×104K/s。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-34
  1.1 引言  12
  1.2 2系铝合金的概述与发展历史  12-20
    1.2.1 2系铝合金的概述  14-18
    1.2.2 2系铝合金的发展历史  18-20
  1.3 Spray Conform  20-22
    1.3.1 Spray Conform原理  20-21
    1.3.2 Spray Conform的特点及应用前景  21-22
  1.4 喷射沉积技术  22-28
    1.4.1 喷射沉积技术原理  22
    1.4.2 喷射沉积技术的特点  22-23
    1.4.3 近年来喷射沉积技术应用与国内外研究发展  23-28
  1.5 连续挤压技术  28-31
    1.5.1 Conform连续挤压原理  29
    1.5.2 Conform连续挤压特点  29-30
    1.5.3 近年来Conform连续挤压技术的应用与研究发展  30-31
  1.6 本论文的研究背景和内容  31-34
    1.6.1 本论文研究背景及创新点  31-32
    1.6.2 本论文主要研究内容  32-34
第2章 Spray Conform试验用设备改进  34-46
  2.1 喷射沉积设备的后续改造  34-40
    2.1.1 熔炼装置及其辅助组件的改造  34-35
    2.1.2 流型控制器的改造  35-37
    2.1.3 导流管及其辅助组件的改造  37-39
    2.1.4 升降系统设计  39-40
  2.2 连续挤压机的后续改造  40-43
    2.2.1 挤压靴座支撑系统的改造  40-41
    2.2.2 挤压靴座限位装置的改造  41-42
    2.2.3 挤压靴座压紧系统的改造  42-43
  2.3 挤压模腔堵头材料选择  43-44
  2.4 Spray Conform设备  44-45
  2.5 本章小结  45-46
第3章 喷射沉积区域及形状控制试验  46-52
  3.1 两辊式流型控制器  46-48
  3.2 四辊式流型控制器  48-50
  3.3 本章小结  50-52
第4章 Spray Conform试验  52-58
  4.1 挤压轮反转试验及结果分析  53-55
  4.2 挤压轮正转试验及结果分析  55-56
  4.3 模腔预热温度对spray Conform制品质量的影响  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章 性能测试及分析  58-68
  5.1 测试方法  58-59
    5.1.1 金相组织观察(OM)  58
    5.1.2 化学成分测试  58
    5.1.3 SEM及EDS测试  58
    5.1.4 XRD衍射分析  58
    5.1.5 致密度测试  58-59
    5.1.6 力学性能测试  59
  5.2 金相组织观察分析  59-61
  5.3 成分分析  61-62
  5.4 SEM及EDS分析  62
  5.5 XRD物相分析  62-63
  5.6 致密度分析  63-64
  5.7 力学性能及断口分析  64-66
  5.8 本章小结  66-68
第6章 冷却速度计算  68-72
  6.1 喷射沉积过程中金属熔滴冷却速度计算  68-70
  6.2 本章小结  70-72
第7章 结论与展望  72-74
  7.1 结论  72-73
  7.2 展望  73-74
参考文献  74-84
附录  84-86
  附录A  84-85
  附录B  85-86
致谢  86-88

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 挤压 > 有色金属及合金挤压
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