冷挤压摩擦对金属变形流动和模具受力的影响

采用Deform-3D软件对不同摩擦状况下反挤压金属变形流动的机理进行分析,探讨了不同摩擦状况下,凹模内壁压力分布及其最大值,凹模内壁压力最大值与凸模单位压力的关系。

旋转摩擦挤压加工对不同时效态6061铝合金显微组织和力学性能的影响

采用旋转摩擦挤压(rotational friction extrusion,RFE)工艺对不同时效态6061铝合金进行加工,研究RFE对不同时效态6061铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:RFE能够破碎6061铝合金中的难熔AlFeMnSi相,导致合金中的AlFeMnSi相细小且分布均匀。预析出粗大Mg2Si相在RFE加工过程中摩擦热和变形作用下,回溶后重新析出,致使预析出粗大Mg2Si相对材料动态再结晶中的粒子激发形核(particle stimulated nucleation,PSN)机制无影响,RFE加工后的晶粒尺寸变化较小。RFE使淬火态6061铝合金强度下降,但长时间时效态6061铝合金经RFE加工后强度得到提升。然而,RFE加工的材料内部存在孔洞,合金断后伸长率降低。

脉冲电流对6061T6铝合金流动摩擦挤压成形微观组织的影响

通过在流动摩擦挤压成形过程中施加脉冲电流,研究了脉冲电流对6061T6铝合金流动摩擦挤压成形性能的影响,同时,借助EBSD和TEM研究了脉冲电流对变形区材料组织演变的影响规律。结果表明:脉冲电流降低了材料的变形抗力,提高了材料的流动性,在下行速度0.6 mm·min^(-1)、转速950 r·min^(-1)以及下压量3 mm条件下,施加3800 A的脉冲电流可使6061T6铝合金的流动摩擦挤压成形高度从15 mm提高到20 mm。脉冲电流的施加促进了变形过程中再结晶的发生,细化了不同变形区的组织,并提高了变形区大角度晶界的比例;流动摩擦挤压成形后材料内部存在大量的线性位错、网状位错以及由位错攀移形成的位错墙;施加脉冲电流后,材料在搅拌力和挤压力的复合作用下发生大塑性变形,晶粒破碎,形成大量的纳米晶。

挤压速度对搅拌摩擦反挤压法制备Cu-5%Ti_(2)SnC复合丝材性能的影响

对粉末冶金法制备的含5%(体积分数)Ti_(2)Sn CMAX相的初始复合材料进行搅拌摩擦反挤压(FSBE)处理,研究FSBE工艺的轴向横移速度对Cu-Ti_(2)Sn C复合线材显微组织、力学性能、电学性能和磨损性能的影响。结果表明,随着挤压速度的增加,显微组织中孪晶增多,Ti_(2)SnC颗粒细化,MAX相和Cu基体之间的界面结合改善。当转速为600r/min,轴向横移速度为25mm/min时,Cu-Ti_(2)SnC复合线材具有最大的硬度、屈服强度和极限抗拉强度,分别为HV 132.7、278.34MPa和485.15MPa,这是其更强的界面结合和更细的MAX相导致的。此外,当转速为600 r/min,轴向横移速度为25 mm/min时,Cu-Ti_(2)SnC复合丝的电导率最高,达到89.21%(IACS),磨损率最低,为0.0015 mg/m,这是其更大的晶粒尺寸、更强的界面结合与更低的密度导致的。

高性能精密工业铝型材有效摩擦挤压成形关键技术研究与应用

介绍了对航空航天用高性能精密工业铝型材的要求,提出了减少高性能精密工业铝型材挤压过程产生粗晶环的有效办法。采用理论分析和有限元模拟相结合的研究方法分析了有效摩擦挤压方法的特点,得到了3种不同挤压过程挤压力和挤压筒受力与挤压行程的曲线对比关系;推导出了有效摩擦挤压力的计算公式;建立了挤压筒主动运动和挤压杆同向主动运动的有效摩擦挤压方法,通过实验研究表明有效摩擦挤压方法提高了工业铝型材沿长度方向性能的均匀性,减少甚至消除了工业铝型材表面的粗晶环。以上技术应用在125 MN和60 MN等双动铝挤压生产线上,生产出高性能精密工业铝型材,可应用于航空航天和汽车等行业。

旋转摩擦挤压7075铝合金组织及第二相形貌

采用旋转摩擦挤压法(RFE)加工T6态7075铝合金,对挤压后的7075铝合金进行热处理,观察了7075铝合金的显微组织和第二相变化,测试了加工后材料的显微硬度。结果表明,RFE态的7075铝合金为未完全再结晶的细小等轴晶,平均晶粒尺寸约为15μm。经热处理后,铝合金中未发生再结晶的晶粒继续完成再结晶,晶粒尺寸进一步细化均匀,约为8μm。RFE加工使7075铝合金中保留的初生金属间化合物尺寸变小,原沉淀析出的第二相(MgZn_2相)在RFE加工过程中大部分发生重溶,未重溶的MgZn_2相发生粗化,经热处理后7075铝合金中析出的MgZn_2相尺寸细小,呈弥散分布。RFE态7075铝合金显微硬度低于基材,但经T6热处理后,其硬度为177.5HV,高于基材,7075铝合金中第二相对基体的强化效果较细晶强化作用更显著。

旋转摩擦挤压加工CNTs/Al复合材料的线材组织和性能

采用旋转摩擦挤压加工方法制备体积分数分别为0、3.8%、4.5%和5.3%(体积分数)的碳纳米管增强铝基复合材料线材,进行复合材料线材显微组织观察和力学、电学性能分析。结果表明:经旋转摩擦挤压后,复合材料线材的晶粒较搅拌摩擦加工试样有所拉长和长大,但仍为超细晶结构;复合材料线材中的碳纳米管沿着挤压方向呈取向排列均匀分布于铝基体中。随着碳纳米管体积分数的增加,复合材料线材的显微硬度、抗拉强度以及电阻率均逐渐增加,且均高于同CNTs体积分数的搅拌摩擦加工块体复合材料试样,但塑性有所降低。

金属材料摩擦挤压合金化研究

本文以LF6铝合金作为基材 ,Ni粉作为合金化添加粉末 ,试验用摩擦挤压的方法进行金属材料的合金化。利用X射线衍射仪及Topas( 2 )X射线分析软件进行物相分析 ,并测试了合金化区域的显微硬度。结果表明 :摩擦挤压区域有Al3Ni以及AlNi3化合物生成 ,并且发现生成的金属间化合物Al3Ni含量高于AlNi3化合物含量 ;生成的Al3Ni和AlNi3的晶格常数增大 ,晶粒尺寸细小 ,几乎达到亚微米级 ;生成Al3Ni的显微硬度达到 5 2 0HV。研究结果表明

高性能轻质铝型材有效摩擦挤压新工艺核心技术研究与应用

介绍了高性能轻质铝型材有效摩擦挤压新工艺的技术特点和实际生产的必要性,提出了用于实际工业生产的有效摩擦挤压新工艺的技术路线,针对此技术路线建立了双挤压杆的挤压机结构形式,通过采用对挤压筒速度和力量双闭环控制策略,实现在挤压过程中挤压筒和挤压杆Ⅰ同向运动并和铝锭坯产生相对运动的趋势进而施加给铝锭坯一个沿挤压方向的有效摩擦力,建成了系列化的高性能轻质铝型材有效摩擦挤压装置并用于工业化生产。提出大挤压比中小直径无缝铝管有效摩擦挤压工艺路线,实现了中小直径超长无缝铝管的双动有效摩擦挤压生产,提高了材料利用率和产品精度。工业实际生产表明:有效摩擦挤压成形工艺改善了铝锭坯变形一致性,提高了挤压后型材沿长度方向机械性能和组织性能的均匀性,消除了粗晶环缺陷,并节省挤压力和能耗。

热处理对旋转摩擦挤压合金化Ti-Al系合金织构与晶粒错位角分布的影响

利用EBSD技术对旋转摩擦挤压合金化Ti-Al系合金和热处理后合金进行微区织构和晶粒取向分析。研究结果表明,旋转摩擦挤压合金化Ti-Al系合金是由多相组成,不同相的织构各不相同,其中Al2Ti相晶粒择尤取向为{12,-3,7}﹤9,-8,12﹥,经热处理后合金中Al2Ti相依然存在织构,但其择优取向发生变化,变为{19,4,0}﹤-4,19,6﹥。Ti-Al系合金晶粒错位角主要以大角度晶界为主,小角度晶界很少;热处理后合金中的晶粒错位角角度范围缩小,其中大部分为大角度晶界,小角度晶界进一步减少,且整个晶界数量相对初始试样下降了一个数量级。

热处理时间对摩擦挤压合金化Ni-Al金属间化合物微结构的影响

摩擦挤压合金化方法是制备Ni-Al材料的一种新固态合金化法,但这种方法制备得到的材料组织在稳定性、均匀性和致密性等都存在不足,本文通过研究热处理保温时间,来优化与改善它的组织结构。通过X射线衍射仪、电子显微镜和扫描电镜及能谱分析Ni-Al材料的组织微结构。结果表明:热处理保温时间对摩擦挤压Ni-Al材料的合金化是有益的。在550℃温度下,随着保温时间从3 h到5 h,最后延长至7 h后,Ni-Al材料组织中悬浮的Ni粉末从大团聚到弥散分布,最后消散形成Ni块,并与Al基体在两者界面处形成一层固溶区;另一方面,Ni-Al材料物相由单质Ni和Al到过渡相Al4Ni3,最后形成亚稳相Al3Ni。

旋转摩擦挤压制备MWCNTs/Al复合材料的组织及磨损性能

采用旋转摩擦挤压(RFE)法制备多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,分析MWCNTs/Al复合材料的显微组织、硬度和磨损性能。结果表明:用RFE法可制备具有一定形状尺寸的块体MWCNTs/Al复合材料;复合材料的成形质量好,显微组织为经动态再结晶后的细小等轴晶,MWCNTs在铝合金基体中分布均匀。复合材料的硬度随着MWCNTs体积分数增加先增加后降低,当MWCNTs体积分数为4%时,硬度是经RFE加工后基材的1.2倍。MWCNTs在复合材料磨损过程中起润滑作用,有助于降低MWCNTs/Al复合材料的磨损量提高复合材料的耐磨性。随MWCNTs体积分数的增加,复合材料的磨损率降低,当MWCNTs体积分数大于3%后磨损率变化较小。这是由于MWCNTs体积分数的增加,磨损机制发生变化,即由黏着磨损和轻微磨粒磨损转变为剥层磨损和磨粒磨损。

旋转摩擦挤压制备MWCNTs/Al复合材料的界面微观结构

采用旋转摩擦挤压法制备多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,通过高分辨透射电镜观察MWCNTs/Al复合材料的界面结构,并对界面反应进行研究。结果表明:在MWCNTs/Al复合材料中Al-C之间发生界面反应,两者之间的反应产物为Al4C3,其晶面间距为0.827nm,为(003)晶面;Al基体的(111)晶面与MWCNTs的(002)晶面及Al4C3的(003)晶面的界面结合良好,界面存在MWCNTs(002)∥Al4C3(003)的晶体学位相关系。

Ti-Al系合金旋转摩擦挤压合金化的Miedema半经验热力学分析

根据Miedema半经验理论,建立Ti-Al系合金旋转摩擦挤压合金化形成过程的热力学模型,分别计算了合金结构呈无序固溶体、非晶态和有序金属间化合物的形成自由能。利用X射线衍射仪对不同成分比(χAl为0.66和1.38)Ti-Al系混合物旋转摩擦挤压合金化材料进行物相分析,并与建立的热力学公式所计算结果进行对照,从而验证Midema半经验热力学理论模型在旋转摩擦挤压合金化过程中热力学分析的正确性。

旋转摩擦挤压法制备Al-Mg合金的组织和力学性能

采用旋转摩擦挤压法(RFE)制备了不同Mg含量的Al-Mg铝合金,对其进行力学性能测试和显微组织观察。结果表明:退火态的5A06基材经RFE加工后,晶粒明显细化,抗拉强度和伸长率同时提高。采用5A06和AZ31B为基材经RFE加工制备Al-Mg合金后,合金抗拉强度随Mg含量的增加而增加,但伸长率却随合金Mg含量的增加而降低;高Mg含量的Al-Mg合金晶粒可进一步细化,这是由于高Mg含量的Al-Mg合金中存在Al_(3)Mg_(2)相,可以作为动态再结晶的形核点,促进动态再结晶。然而,Al_(3)Mg_(2)相的存在会降低合金的伸长率。

旋转摩擦挤压法制备CNTs/Al线材初探

探索用旋转摩擦挤压法制备CNTs/Al复合线材,并对制备的纯铝线材和CNTs/Al复合线材的宏观形貌、微观组织和拉伸性能进行分析。结果表明,采用旋转摩擦挤压法可制备出内部无缺陷的CNTs/Al复合线材;制备出的CNTs/Al复合线材的晶粒明显比纯铝挤压线材的晶粒更加细小,且拉伸强度提高,制备出的CNTs/Al复合线材的拉伸强度比纯铝挤压线材提高了约27%。

旋转摩擦挤压法制备CNTs/5A06铝基复合材料的摩擦磨损行为

添加体积分数3%碳纳米管(CNTs),应用旋转摩擦挤压(RFE)法制备了CNTs/5A06铝基复合材料,研究了其显微组织、显微硬度和耐磨性能,并与RFE加工前后5A06铝合金的进行了对比。结果表明:RFE加工后铝合金组织由RFE加工前的粗大长条状晶粒变为细小等轴晶,但显微硬度增幅不明显,复合材料的晶粒进一步细化,硬度明显增加;RFE加工对铝合金摩擦因数与磨损率的影响较小,复合材料的摩擦因数与磨损率则分别比RFE加工前铝合金的降低了17.6%,34.7%;复合材料磨损表面光滑完整,存在塑性变形和少量犁沟,磨损机制为表面塑性变形和轻微的磨粒磨损,RFE加工前后铝合金的磨损表面均存在较多凹坑和犁沟,磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损。

旋转摩擦挤压法制备CNTs/Mg复合材料的组织和力学性能

通过显微硬度和抗拉强度试验、X射线衍射仪、扫描电镜和金相显微镜观察,研究经旋转摩擦挤压法制备的CNTs/Mg复合材料的组织及性能。结果表明:CNTs/Mg复合材料的组织为细小等轴晶,且随着CNTs含量的增加,复合材料晶粒尺寸逐渐细化,当CNTs含量为5%时,晶粒尺寸最小,由63μm减小至3.79μm,为AZ91基材晶粒尺寸的6.01%。经过旋转摩擦挤压加工后基材内第二相β-Al12Mg17相的量减少,CNTs的加入使复合材料中出现了Al4C3相,且第二相β-Al12Mg17相网状结构消失。加工后的镁合金抗拉强度提高,最大值为330.9 MPa,较原基材提高了90.6%,当CNTs含量小于2%时,复合材料强度高于原基材。复合材料硬度随着CNTs含量的增加呈先增加后降低的趋势,当CNTs含量为2%时,硬度最高,达101.3HV,比AZ91基材提高了40.3%。

工艺参数对铝合金摩擦挤压增材组织及性能的影响

采用6061-T651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造(friction extrusion additive manufacturing,FEAM)工艺实验研究,探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明:对给定横向移动速度300 mm/min,采用主轴转速为600 r/min和800 r/min均能获得完全致密无任何内部缺陷、厚度分别为2 mm和4 mm的单道双层增材试样,增材整体由细小等轴晶粒组成,增材层间实现冶金连接;800 r/min下工具轴肩的摩擦挤压作用降低,增材层间结合界面呈平直状,塑化金属流动不充分,沉积层宽度较窄、表面成形更粗糙;600 r/min下结合界面经历的塑性变形和热循环更为显著,晶粒细化至6.0μm,但增材界面区软化程度较严重,硬度仅为增材棒料母材的52.7%~56.2%,而800 r/min下界面区的硬度能够达到母材的56.0%~61.3%;在600 r/min和800 r/min下,增材试样均具有优良的综合力学性能,抗拉强度分别达到增材棒料母材6061-T651的66%和70%,而断后伸长率明显较高,分别为母材的212%和169%;与目前其他增材工艺力学性能比较均具有明显的优势。

用摩擦挤压法在金刚石表面制备Mo涂层

为实现金刚石表面金属化,采用摩擦挤压法在金刚石表面制备Mo涂层。用光学显微镜观察涂Mo金刚石的表面形貌,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析Mo涂层反应界面的微观形貌和物相组成,研究热处理温度对Mo涂层反应界面物相组成的影响,分析金刚石/Mo涂层界面的生成过程。结果表明:采用摩擦挤压法,在金刚石表面形成了Mo涂层。通过热处理,金刚石与Mo涂层发生界面反应,反应界面依次生成碳化物Mo_(2)C和MoC。