挤压铸造铝合金高温力学行为试验

1、压力铸造特种铸造及有色合金贾湛湛年第卷第期挤压铸造铝合金高温力学行为试验朱维韩志强赵海东柳百成（清华大学机械工程系，先进成形制造教育部重点实验室；华南理工大学机械工程学院）摘要为获得可用于挤压铸造过程凝固壳变形与压力传递模拟计算的材料力学行为数据，利用数控式动态热一力学物理模拟试验机，对不同压力（、）下制备的挤压铸造铝合金材料的力学行为进行了测试，获得了给定温度（、）和应变速率（、）条件下的一系列真应力一真应变曲线，并分析了温度、应变速率和挤压铸造压力对材料高温力学行为的影响。结果表明，材料的流变应力随温度的升高而减小、随应变速率的增大而增大。挤压铸造压力对材料的高温力学性能有影响，较高挤压力

2、下获得的材料具有较大的流变应力值。关键词挤压铸造；铝合金高温力学行为等温压缩中圈分类号文献标志码文章编号（）挤压铸造特别适用于轻金属制造对强度和韧性要求较高的结构件。为了优化挤压铸造工艺参数，一些学者对挤压铸造中金属液充型过程的流动和传热、加压凝固过程的应力场进行了数值模拟研究。材料的高温力学行为是挤压铸造力学问题建模与仿真的重要基础，需要通过试验手段进行测试。目前文献中有不少关于材料热变形特性研究的报道，但针对挤压铸造铝合金材料高温力学行为的研究报道却很少。本课题采用数控式动态热一力学物理模拟试验机，在变形温度为和应变速率为的条件下，对不同挤压力下制备的挤压铸造铝合金材料进行了等温压缩试验，

3、获得了相应的真应力一真应变曲线，在此基础上分析了所研究材料的高温流变应力与变形温度、变形程度及变形速率的关系，并结合微观组织探讨了挤压力对材料组织和高温力学性能的影响。收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）清华大学实验室开放基金资助项目（）第一作者简介：贾湛湛，女，年出生，学士，清华大学机械工程系，北京（），：通讯作者：韩志强，男，博士，清华大学机械工程系，北京（），电话：，：，（）：苏华钦，朱鸣芳，高志强半固态铸造的现状及发展前景特种铸造及有色合金。（）：】，。：，图用盐酸深腐蚀后的合金激光共聚焦显微镜的三维立体图结论（）本试验条件下，一合金的半固态组刘政，毛卫民半固态亚共晶铝硅合

4、金制备技术的新进展特种铸造及有色合金，（压铸专刊）：管仁国，李俊鹏，石路，等倾斜式冷却剪切流变制备半固态合金东北大学学报（自然科学版），（）：，（）：姜巨福，彭秋才，单巍巍，等新法制备半固态坯特种铸造及有色合金，（）。（）：翟秋亚，袁森，王智民，等形变合金微观结构对半固态组织形成的影响特种铸造及有色合金，（）织均匀、细小、圆整度高，但固相率稍高。（）扫描电子显微镜与能谱相结合得出半固态组织重熔开始于晶界的溶质富集区，然后逐渐向基体渗透。（）激光扫描共聚焦显微镜从立体形貌上证实了固相粒子为球形，并由二维平面高度图证明液相并非完全是共晶组织，而是由共晶组织和重熔旷相共同组成。参考文献李元东，郝远，

5、陈体军镁合金半固态成形的现状及发展前景特种铸造及有色合金，（），（），九，（） ，（编辑：袁振国）一挤压铸造铝合金高温力学行为试验贾湛湛等试验材料及方法试样制备盐酸、氢氟酸均匀混合而成口引。将试样待观察面浸入腐蚀液中，取出用蒸馏水清洗并吹对所制备的金相样品进行观察（放大倍数为），并在每个样品上选一处典型组织进行拍摄。干。组织观察，采用大型卧式显微镜试验材料为铝合金，化学成分见表。采用直接挤压铸造法制备试样，试样直径为，厚度为。模具材料为钢，其结构见图。试样制备工艺如下：将模具预热到左右，用的油压机进行挤压铸造，挤压力分别为、，保压左右使铸件完全凝固。裘铝合金的化学成分，余量图挤压铸造模具示意图

6、上模冲夹下模挤压铸造试样活塞用线切割从试样上取样做组织观察和高温力学行为测试，取样位置见图。高温力学行为测试采用等温压缩的方法，试验用试样为乒×的小圆柱体。由于线切割后试样上残留了冷却液，压缩试验前需用酒精清洗并用号砂纸打磨侧面和端面，以便于热电偶的焊接及减小压缩过程中端面和夹具之间的摩擦。自压缩试样弋岁取样位置金相试样。取样位置图取样位王示意图微观组织观察样品的处理与组织观察步骤如下：镶样，将直径为的管锯成长度约为的短管，将试样观察面向下放置并用短管圈住。将环氧树脂和乙二胺按一定比例混合均匀并倒入短管中，静置数小时后环氧树脂固化，完成镶样。磨样，依次用、号砂纸在磨样机上对试样进行打

7、磨。抛光，磨样完毕后，依次用颗粒度为、的金刚石研磨膏和抛光布对金相试样抛光。腐蚀，腐蚀剂由蒸馏水、硝酸、高温力学行为测试试验所用设备为数控式动态热一力学物理模拟试验机。采用轴对称等温压缩试验进行力学行为测试。轴对称等温压缩常用来模拟挤压和锻造过程，其主要特点是可直接在较大应变速率范围内测定材料热变形时的真应力一真应变关系，对应变速率敏感材料和应变速率不敏感材料均适用。材料高温力学行为测试中最重要的个参数是应变速率、温度和变形量。不同的材料加工方法，其应变速率不尽相同，表列出了几种典型材料加工方法的大致应变速率值引。考虑到本试验所获数据将用于模拟计算挤压铸造过程中凝固壳在压力作用下的变形行为，故

8、试验中应变速率取值参考挤压铸造的实际应变速率值，取。、。由于需要对铸件从开始凝固到完全凝固的整个过程进行模拟计算，因此需要在较大温度范围内获得高温力学行为数据，本试验中最低温度确定为。预压缩试验证明，时材料压溃，无法得到有效数据，因此最高试验温度确定为，即试验温度范围为，且每隔确定一个等温压缩温度。变形量定为，以充分体现材料真应力一真应变曲线的特点。表几种典型材料加工方法的应变速率加工方法锻造挤出成形轧制挤压铸造连铸开始压缩试验前，试样两端贴上石墨片以减小试样端面与夹具之间的摩擦，从而减小因试样鼓胀而造成的误差。试验过程中先以的速度将试样加热到预定温度，并保温以保证试样各处温度均匀，然后进行等

9、温等应变速率压缩，压缩过程中对真应力和真应变数据进行采集。每一组参数的试验要重复次，以保证试验的可重复性与数据的可靠性。结果与分析图为压力下制备的挤压铸造试样，在变形温度为一，和应变速率为的压缩条件下，测得的真应力一真应变曲线。图和图分别为和压力下制备的试样的真应力一真应变曲线。由图可知：所研究的挤压铸造铝合金的流变应力随试样变形量的变化而呈现出不同的变化趋势。在变形初期变形量较小的时候，流变应力随应变量的增加而迅速增大。当变形量达到一定程度以一特种铸造及有色合金年第卷第期一后，如果变形温度较低（如和），则流变应力随应变量的增大而继续增大；如果变形温度较高（如一），则流变应力基本不再随应变量增

10、大而增温度的升高而减小；在相同的温度和变形程度下，流变应力随应变速率的增大而增加。此外，材料的高温力学性能与挤压铸造压力有关。大。在恒定的应变速率下，变形量相同时流变应力随表列出了应变速率为时，、压（）应变速率为（）应变速率为）应变速率为一图挤压力为下制备的铝合金试样的真应力一真应变曲线（）应变速率为（）应变速率为一（）应变速率为一图挤压力为下制备的铝合金试样的真应力一真应变曲线重旨（）应变速率为（）应变速率为一（）应变速率为一图挤压力为下制备的铝合金试样的真应力一真应变曲线表应变速率为时不同挤压力下制备的试样的应力峰值力下制备的试样在不同温度下压缩时的应力峰值。由试验数据可以看出，在时应力峰

11、值随挤压力的增大而增大；温度高于后，与压力下制备的试样的应力峰值差别不大，而压力下制备的试样的应力峰值较大。图为种挤压力下所（）（） 图不冠压力下制备的挤压铸造铝舍金试样的显微组织压力铸造特种铸造及有色合金陈铁军关键词元气喷枪压铸模；浇注系统中图分类号文献标志码文章编号年第卷第期无气喷枪压铸模浇注系统的设计与改进（中国船舶重工集团公司重庆长江涂装机械厂）摘要分析了无气喷枪的结构、尺寸和工艺特点，对原浇注系统进行了改进，由原来的一处进浇改为靠近产品要求较高的位置两处进浇；不使用斜抽芯机构，使模具结构简单化。在合理的压铸工艺配合下，模具生产出了合格的产品。（）一一零件工艺性分析图为某型高压无气喷枪

12、枪体，材料为，压铸成形。产品要求内部组织均匀，不允许有夹渣、裂纹、气孔、缩孔等缺陷，外形要求光滑。右前端有一侧孔，尺寸公差要求较高，先前成形加工工艺为抽芯成形预钻孔，以后钻削精加工完成。此产品生产批量大，采用压铸工艺生产。浇注系统设计浇注系统和溢流、排气系统设计决定着压铸件内在与外在的质量，是压铸模设计的重要环节，与金属液进入型腔的部位、方向、流动状态、型腔内气体的排出等密切相关，并能调节填充深度、填充时间、型腔温度等充型图枪体图收稿日期：条件。高压无气喷枪压铸模浇注系统的传统设计第一作者简介：胨铁军，男，年出生，助理工程师。中国船舶重工集团公司重庆长江涂装机械厂技术中心，重庆市万州区天城大道

13、号（），电话：。，芦卓，李元元，赵海东，等铝合金支架间接挤压铸造的研究特种铸造及有色合金，（）李敏华，罗继相，赵利华，等挤压铸造舵面的液流充型过程数值模拟特种铸造及有色合金，（）：，得试样内部典型的凝固组织，可以看出，压力下试样的组织比和更为细小。挤压铸造压力的大小对材料的高温力学性能有影响，挤压力大时流变应力也较大，有关规律有待于进一步深入的研究。结论（）利用数控式动态热一力学物理模拟试验机，（）：，对、压力下制备的挤压铸造铝合金进行了等温压缩试验，获得了给定温度（、）和应变速率（、，。（）：刘金生，白彦华，李晨曦合金挤压铸造凝固过程温度场、应力场数值模拟沈阳工业大学学报，（）：刘芳，杨玉英

14、，吕炎。等铝合金热变形行为的实验研究燕加工工艺，（：方家芳，尹志民。黄继武，等铝合金热加工过程中高温压缩变形行为轻合金加工技术，（）：王建华，尹付成耐热铝合金的热压缩流变应力行为机械工程材料，（）杨立斌，张辉，彭大暑，等铝合金高温流变行为的研究热加工工艺，（）：甘卫平，王义仁，陈铁平，等铝合金热变形行为研究材辩导报，（）。裴单金相浸蚀手册北京；科学普及出版社，韩冰铝合金高温塑性变形行为研究广州：广东工业大学，）条件下的一系列真应力一真应变曲线。（）所研究的挤压铸造铝合金材料是温度和应变速率敏感材料，其他条件给定时，流变应力随温度的升高而减小，随应变速率的增大而增大。（）挤压铸造压力对所研究铝合

15、金材料的高温力学性能有影响，较高挤压力下获得的材料具有较大的流变应力值。参考文献齐丕骧面向世纪的挤压铸造技术特种铸造及有色合金，（）：杨智春，李斌，马光来高强度铝合金锻造晶粒细化原理的数值仿真研究稀有金属材料与工程，（）：白彦华，刘金生，任春艳挤压铸造铸件凝固过程热力耦合分析铸造，（）：，：。编辑：袁振国） 挤压铸造铝合金高温力学行为试验作者：作者单位：贾湛湛， 朱维， 韩志强， 赵海东， 柳百成， Jia Zhanzhan， Zhu Wei， Han Zhiqiang， Zhao Haidong， Liu Baicheng贾湛湛,朱维,韩志强,柳百成,Jia Zhanzhan,Zhu Wei

16、,Han Zhiqiang,Liu Baicheng(清华大学机械工程系,先进成形制造教育部重点实验室， 赵海东,Zhao Haidong(华南理工大学机械工程学院特种铸造及有色合金SPECIAL CASTING & NONFERROUS ALLOYS2008,28(2刊名：英文刊名：年，卷(期：参考文献(16条1. 方家芳;尹志民;黄继武 7A52铝合金热加工过程中高温压缩变形行为期刊论文-轻合金加工技术 2006(052. 白彦华;刘金生;任春艳 挤压铸造铸件凝固过程热力耦合分析期刊论文-铸造 2004(083. 杨智春;李斌;马光来 7075高强度铝合金锻造晶粒细化原理的数值仿真

17、研究期刊论文-稀有金属材料与工程2006(044. 韩冰 7075铝合金高温塑性变形行为研究学位论文 20035. 裴单 金相浸蚀手册 19826. 甘卫平;王义仁;陈铁平 6013铝合金热变形行为研究期刊论文-材料导报 2006(057. 杨立斌;张辉;彭大暑 7075铝合金高温流变行为的研究期刊论文-热加工工艺 2002(018. 王建华;尹付成 2618耐热铝合金的热压缩流变应力行为期刊论文-机械工程材料 2004(109. 刘芳;杨玉英;吕炎 LD7铝合金热变形行为的实验研究期刊论文-热加工工艺 2003(0210. 刘金生;白彦华;李晨曦 ZA合金挤压铸造凝固过程温度场、应力场数值模拟期刊论文-沈阳工业大学学报2004(0511. LEE J H;KIM H S;WON C W Effect of the gap distance on the cooling behavior and the microstructureof indirect squeeze cast and gravity die cast 5083 wrought Al alloy外文期刊 2002(1-212. LEWIS R W;POSTEK E W;HAN Z Q A