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Zn-22 wt.％Al合金在雷管延期体中的可行性应用研究

作　者: 唐巍
导　师: 王经涛；鲍国钢；张新平
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 延期体 Zn-22wt.%Al合金平面分流模具热挤压可行性研究
分类号: TQ565.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

工业雷管延期体生产环节使用了大量的重金属铅,严重污染了自然环境并对人体造成巨大危害,本文提出采用室温超细晶材料Zn-22wt.%Al共析合金替代铅来生产工业雷管延期体,实现雷管延期体的非铅化。Zn-22wt.%Al合金通过360℃、24小时的均匀化处理+水淬的热处理方式可以有效地细化晶粒,获得细小的两相组织,其平均晶粒尺寸约为0.5μm,提高了室温下的塑性变形能力。由于管材的力学性能不易测试,本文采用热挤压棒材的方法来研究挤压温度和挤压比对Zn-22wt.%Al合金室温力学性能和微观组织的影响,进而为管材的制备提供工艺参数指导。实验结果发现,在200℃C～350℃的挤压温度和8、16、32的挤压比范围内,挤压温度越低、挤压比越小,合金的晶粒越细小,越有利于实现Zn-22wt.%Al合金室温下低流变应力和高延展性,并在挤压温度200℃、挤压比为8、应变速率为10-3s-1时获得了室温下267%的延伸率和105MPa的极限抗拉强度。本文自行设计了一套管材的平面分流挤压模,并通过Deform软件对挤压过程进行了仿真模拟,结果发现焊合室高度对管材的焊合质量的影响很大,而挤压温度(200℃、250℃)的影响却不明显,当焊合室高度为8mm时管材容易出现焊缝,高度为15mm时焊合良好,并通过YJJ-500B型卧式挤压机成功制备出焊合质量良好(?)20×4.6mm的Zn-22wt.%Al合金管。拉拔实验中,将Zn-22wt.%Al合金管材由(?)18mm成功拉拔至(?)12mm,但受限于现有设备,若要继续将合金管拉拔至雷管延期体所要求的(?)4.5mm还存在一定困难,在此也提出了一系列改进措施和方法。实验同时也证明了Zn-22wt.%Al合金管在拉拔过程中不会发热过大,这一点非常适合于制备雷管延期体。总体上来看,Zn-22wt.%Al合金具有优良的可挤压性和一定的可拉拔性,将其应用于雷管延期体具有一定的研究前景和可行性,但仍需要继续探索。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-22
  1.1 课题研究的背景和意义  11-12
  1.2 雷管延期体简介  12-13
  1.3 超塑性的变形机理  13-18
    1.3.1 超塑性变形的特点  13
    1.3.2 超塑性的影响因素  13-16
    1.3.3 超塑性变形的微观机理  16-18
  1.4 超塑性及本课题的的应用现状  18-20
    1.4.1 超塑性成形的研究现状  18-19
    1.4.2 Zn-22Al合金的研究现状  19-20
    1.4.3 本课题的研究现状  20
  1.5 本文研究的主要内容  20-22
2 实验内容与方法  22-26
  2.1 Zn-22Al合金的熔配与铸造  22
  2.2 Zn-22Al合金的热处理及塑性加工  22
  2.3 Zn-22Al合金的热挤压实验  22-23
  2.4 力学性能测试  23-24
  2.5 微观组织观察  24
    2.5.1 金相分析  24
    2.5.2 扫描电子显微分析  24
  2.6 管材挤压过程的有限元模拟  24-25
  2.7 Zn-22Al管材的拉拔成形  25-26
3 平面分流模的结构设计  26-36
  3.1 平面分流模的工作原理和特点  26-27
  3.2 平面分流模的结构  27-28
  3.3 平面分流模的结构设计  28-32
  3.4 平面分流模的强度校核  32-33
  3.5 分流挤压模设计的技术条件及基本要求  33-34
  3.6 模具结构设计  34-35
    3.6.1 模具设计计算  34-35
    3.6.2 模具强度校核  35
  3.7 本章小结  35-36
4 Zn-22Al合金挤压棒材的性能研究  36-44
  4.1 前期热处理对Zn-22Al合金的影响  36-39
    4.1.1 铸态微观组织  36-37
    4.1.2 淬火态微观组织  37-38
    4.1.3 铸态及淬火态力学性能研究  38-39
  4.2 挤压温度对Zn-22Al合金的影响  39-41
    4.2.1 不同挤压温度下的组织  39-40
    4.2.2 不同挤压温度下的力学性能  40-41
  4.3 挤压比对Zn-22Al合金力学性能的影响  41-42
  4.4 本章小结  42-44
5 Zn-22Al合金管的制备  44-55
  5.1 Deform软件简介  44
  5.2 数值模型的建立  44-48
    5.2.1 材料模型的建立  44-46
    5.2.2 有限元几何模型的建立  46
    5.2.3 模拟参数的制定  46-47
    5.2.4 模拟关键问题的处理  47-48
  5.3 模拟结果及分析  48-52
    5.3.1 挤压过程分析  48-49
    5.3.2 挤压载荷分析  49-50
    5.3.3 焊合室高度的确定  50-52
    5.3.4 挤压温度的确定  52
  5.4 模具装配工艺优化及挤压实验  52-54
  5.5 本章小结  54-55
6 延期体壳体拉拔  55-60
  6.1 拉拔设备  55-56
  6.2 Zn-22Al合金管拉拔  56
  6.3 铝合金管材拉拔  56-57
  6.4 拉拔结果分析及改进措施  57-59
    6.4.1 拉拔结果分析  57-58
    6.4.2 改进措施  58-59
  6.5 本章小结  59-60
结论  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-66
研究生阶段成果  66

Zn-22 wt.％Al合金在雷管延期体中的可行性应用研究

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