7136铝合金带板挤压有限元模拟

在变形温度为583 K~743 K和应变速率为0.001 s^(-1)~1 s^(-1)的条件下研究7136铝合金的高温变形行为。研究结果表明:随着变形温度的提高,7136铝合金的最大屈服应力逐渐降低,在低温和低应变的状态下容易出现不连续动态再结晶,而在高温和高应变的状态下更容易出现连续的动态再结晶。采用A.Zarei-Hamzalo等人提出完整的流变模型构建7136铝合金本构关系和绘制热加工图,同时观察压缩变形的微观组织,构建的本构关系被导入到Deform软件中,用于模拟7136铝合金带板挤压过程中应力场和温度场的变化,指导工业化大生产,节约生产成本和工艺研发成本。

固溶热处理对7136铝合金组织性能的影响

通过OM,SEM,DSC差热分析和室温拉伸性能测试,研究了固溶热处理对7136铝合金挤压板带组织及性能的影响。结果表明:挤压态合金中残留相以AlZnMgCu四元相和Al2CuMg相为主;合金适宜的单级固溶温度为470℃,随固溶温度由450℃升至480℃,残留相的尺寸及数量减少,再结晶比例增加;固溶温度达到475℃及以上,合金会发生过烧;经450℃/4h+470℃/8h双级固溶后,合金在保持较低再结晶比例的同时残留相回溶较充分,合金T6态的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为701MPa,645MPa和12.2%;进一步提高温度对合金进行三级固溶处理,合金可以获得更理想的回溶效果,但易发生过烧。

单级固溶处理对7136铝合金组织及力学性能的影响

通过OM,SEM,DSC差热分析和室温拉伸性能测试,研究了单级固溶处理对7136铝合金挤压板带组织和力学性能的影响。结果表明:合金固溶处理温度越高,时间越长,粗大第二相溶解越多;合金在480℃进行固溶处理时,出现过烧组织特征。随着固溶时间的延长,呈现出晶粒粗化和再结晶组织比例增加的趋势。本合金适宜的单级固溶制度为470℃/4h,再经(120℃/24 h)峰时效处理后,合金抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为698 MPa,47MPa和12.8%。

微量元素Cr对7136铝合金组织和性能的影响

在原有7136铝合金基础上添加微量过渡族元素Cr,采用铸造冶金法制备了合金。通过金相显微镜观察、扫描电镜观察、能谱分析以及拉伸性能和硬度测试,研究了Cr对7136铝合金组织和性能的影响。结果表明,微量元素Cr能细化铸态组织,抑制合金的再结晶,使合金元素分布更加均匀。该合金最大抗拉强度略有提高,塑性提高明显。

AA7136铝合金挤压板材浸入式末端淬火温度场实验与有限元模拟研究

提出浸入式末端淬火新方法。以AA7136铝合金挤压板材为对象,通过实验和有限元模拟研究淬火温度场,建立硬度和强度与淬火速率的关系曲线,结合微观组织表征分析淬火敏感性机理。研究结果表明:在浸入式末端淬火过程中,界面换热系数随表面温度降低先升高后降低,在表面温度为206℃时达到峰值(30.5 kW·m^(-2)·℃;);实测的时间-温度曲线与有限元模拟曲线基本一致;随着试样浸入水中深度从25 mm增至100 mm,最大淬火速率从410℃·s^(-1)增加至425℃·s^(-1);随着淬火速率降低,硬度在淬火速率大于90℃·s^(-1)时基本不变,在15~90℃·s^(-1)范围内缓慢下降,在小于15℃·s^(-1)后迅速下降;强度在淬火速率大于15℃·s^(-1)时缓慢下降,之后迅速下降,约4℃·s^(-1)后变化不大;淬火析出η相的形成是引起硬度和强度下降的主要原因。

淬火速率对7136铝合金微观组织和力学性能的影响

采用浸入式末端淬火方法,结合硬度和室温拉伸测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析等手段,研究了淬火速率对16 mm厚7136铝合金挤压板材微观组织和力学性能的影响。结果表明:淬火速率大于15.0℃/s时,硬度和强度随淬火速率的减小缓慢降低。淬火速率小于15.0℃/s时,硬度和强度随淬火速率的减小迅速降低。随淬火速率减小,在(亚)晶界和晶内Al3Zr上形核析出η相的数量和尺寸增加,时效后η′强化相的数量减少,降低了硬度和强度。根据不同淬火速率时(亚)晶界和晶内Al3Zr上淬火析出相的比例分析了它们对淬火敏感性的贡献。淬火速率在4.8~41.6℃/s范围内,(亚)晶界对淬火敏感性的贡献更大;淬火速率约为3.0℃/s时,晶内Al3Zr粒子对淬火敏感性的贡献超越(亚)晶界。

固溶条件对7136铝合金挤压型材粗晶环的影响

粗晶环是中高强度铝合金挤压型材常见的组织缺陷之一,揭示铝合金型材的粗晶环形成规律对于制定合理的挤压和热处理制度、进而抑制粗晶环的形成具有重要意义。以7136铝合金挤压型材试样为对象,研究不同固溶条件下试样的粗晶环形成规律,并从再结晶组织和析出相形貌分布特征等方面分析粗晶环的形成原因。结果表明:试样的粗晶环形成最低温度为450℃,且随固溶温度的提高,粗晶环深度逐渐增大;固溶温度470℃保温30 min时粗晶环的深度为63 m。在固溶温度470℃下时,随着保温时间的延长,粗晶环的深度开始增加较快,然后逐渐减慢,60 min后,继续延长保温时间粗晶环深度基本不变。在挤压过程中,试样边部再结晶程度约为心部的两倍,同时,由于边部基体Mg、Zn贫化导致析出相(MgZn2)较少,对晶粒长大的抑制作用较弱,因此,挤压试样在固溶过程中易形成粗晶环。

7136铝合金的热变形与动态再结晶行为

明确7136铝合金的热变形和动态再结晶行为对于制定合理的加工工艺参数具有重要意义。试验亦分析了7136铝合金试样在变形温度为350℃~470℃、应变速率为0.01s^-1~10s^-1条件下的热变形与动态再结晶行为,建立了合金的流变应力模型,并通过挤压试验和数值模拟验证了流变应力本构方程的合理性。结果表明,7136铝合金在350℃条件下进行热加工发生动态再结晶,再结晶百分数随温度升高而增加,随应变速率增加而减少:应变速率为0.01s^-1、变形温度由375℃上升到450℃时,再结晶百分数由6.8%逐渐增加至8.2%;变形温度为400℃、应变速率由0.01s^-1提高至10s^-1时,再结晶百分数由7.6%逐渐减少至4.9%。所获得的本构方程用于挤压过程的数值模拟,稳态阶段模拟与实际载荷位移曲线误差不超过5%。7136铝合金热挤压过程应选择较低的挤压温度和较高的挤压速度,以降低其动态再结晶百分数。

7136超高强铝合金时效工艺研究

本试验利用工业化固溶处理的7136铝合金挤压材,开展单级、双级和三级时效工艺研究。结果表明,不同的时效处理,材料的性能差异明显,单级时效处理强度最高,电导率较低,耐蚀性差;双级时效处理可在略微降低强度的前提下,电导率得到较大提升;三级时效(回归再时效)处理工艺复杂,实现合金强度、电导率和断裂韧性的良好匹配。7136铝合金挤压材最高抗拉强度达到700 MPa、伸长率为12%;回归再时效处理综合性能最好,可达到抗拉强度655 MPa,电导率21.9 MS/m,断裂韧性34.8 MPa·m^(1/2)。

微量铈对7136铝合金微观组织和性能的影响

在7136铝合金中添加微量Ce,通过金相分析、力学性能测定、扫描电镜等分析手段,研究了添加Ce后7136铝合金铸态组织的变化、成分分布和力学性能影响。结果表明:添加微量Ce后,由于溶质再分配,Ce元素富集在固液界面前沿,出现成分过冷,造成枝晶缩颈、熔断,结晶核心增多,促进了形核率,使晶粒细化;使合金元素Zn,Mg,Cu分布更加均匀,晶粒细小,尤其是Mg,作用明显;能够提高硬化速率、缩短时效时间,改变合金的断裂形式,提高合金的综合性能。

La对7136铝合金微观组织与性能的影响

在7136铝合金中添加不同含量的La元素,通过铸态组织观察、力学性能测试、扫描电镜及透射电镜分析等,研究了La元素对7136铝合金组织与性能的影响。结果表明:添加La后,由于La元素原子半径远大于Al元素原子半径,La元素富集在晶界处形成异质形核核心,使晶界熔断、缩小,并成为结晶核心,增加形核率,细化晶粒,提高合金性能;同时La可与合金形成不同键合作用的多种La-Al稀土化合物,其相粒子强烈扎住位错,使合金晶粒及其相邻晶粒难以滑移,再次提高合金性能;添加0.35%La的7136铝合金单级时效时间明显缩短,硬化率提高;伸长率为11.73%,比无添加La的7136合金增加了30.5%。

均匀化和固溶处理工艺对7136+0.1%Cr铝合金组织和性能的影响

在实验室制备了7136＋0.1%Cr铝合金,熔炼铸造后对铸态合金进行了均匀化处理,并轧成2 mm厚的铝合金板材,然后进行了固溶处理。采用金相分析、力学性能测定,断口扫描等手段进行了组织和性能分析。结果表明,430℃×12 h＋475℃×24 h二级均匀化处理制度的均匀化效果较好,加热温度470℃保温60 min的固溶处理效果最好。

7136挤压管材头尾性能差异产生原因分析

为了分析7136挤压管材头尾性能差异产生的原因,模拟7136管材在不同铸锭温度和挤压速度条件下的挤压过程。在挤压速度为0.2 mm/s时,管材挤压出口处的温度几乎不受初始铸锭温度影响;在铸锭温度为400℃时,管材挤压出口处的温度随挤压速度的增大而增大。挤压管材应变不受初始铸锭温度和挤压速度的影响,管材心部应变从头到尾均为3,管材头部的内侧和外侧应变分别为9和10,管材尾部的内侧和外侧应变分别为15和21。挤压管材再结晶情况既受初始铸锭温度影响也受挤压速度影响,在各工艺条件下,管材心部再结晶体积分数从头到尾不超过10%,管材内侧和外侧再结晶体积分数从头到尾在40%~80%之间。综合应变、温度和再结晶结果可知,挤压管材头尾性能差异产生的原因是头尾经过挤压出口处的温度不同。

半连续铸造7136超高强铝合金的组织特征及均匀化处理工艺

以半连续铸造7136铝合金为研究对象,以铸态组织分析为基础,采用双级均匀化.结果表明:与其他7×××系铝合金相比,7136铝合金铸态组织没有明显的层片状α(Al)+T共晶相的特征,也没有发现S相的存在.基体中的弥散相为微米级的圆形或棒状MgZn2相,Mg元素和Zn元素随着液态合金的凝固,在Al基体中以MgZn2相的形式析出,为了平衡Mg元素和Zn元素的分配系数,Mg元素和Zn元素从液态向固态迁移,这也是使得晶内Zn元素和Mg元素偏高的原因.经过462℃,24 h单级均匀化,残留相大致消除.随着均匀化时间的延长,残留相有减少的趋势,但作用相对较小.经过450℃,24 h+470℃,24 h双级均匀化,差示扫描量热法获取的峰值非常小,晶间除了少量高熔点Al7Cu2Fe相残留,Al2Cu等其他相已基本消除,均匀化效果显著.