半固态al-4cu-mg合金的制备及微观组织演化研究

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1、摘要摘要半固态成形技术与传统的固态成形和液态成形相比具有显著的优点，符合面向新世纪的先进制造技术的要求，是21世纪最具潜力的先进制造技术之‘。半固态材料的制备是半固态成形技术的关键和基础，要求其微观组织为细小、均匀、呈近球状的非枝晶组织。应变诱发熔化激活制备工艺简单，不需要复杂的设备，尤其对电磁搅拌法等方法不宜制各的变形合金具有独特的优越性。本文采用应变诱发熔化激活法制各了半固态A1—4Cu．Mg合金，即将热挤压后经固溶处理+自然时效的A1．4Cu—Mg合金进行预变形处理，包括冷变形和热变形，再在半固态温度区间进行等温处理，通过控制

2、变形量、变形温度、变形速度、等温温度和保温时间等工艺参数获得了适合半固态成形的细小、均匀、呈近球形的微观组织。本文对应变诱发熔化激活法制备半固态A1-4Cu．Mg合金过程的各种工艺参数进行了系统研究，研究了晶粒尺寸、分形维数和晶粒尺寸分布随制备工艺参数的变化情况，为确定半圆态材料的应变诱发熔化激活制备工艺提供了科学依据。同时，半固态AI．4Cu-Mg合金的室温压缩力学性能测试结果表明，作者制备的半固态AI．4Cu-Mg合金的屈服强度和强度极限虽然比原材料略低，但符合半固态成形的要求，可以应用于实际生产。本文通过对AI．4Cu．Mg合

3、金在半固态等温处理过程中主要合金元素微观偏析的SEM线分析，并对A1．4Cu-Mg合金原材料、热变形或冷变形后在半固态等温处理加热阶段的位错组态以及A1．4Cu．Mg合金冷变形后在半固态等温处理保温阶段的位错组态的TEM分析，研究了微观组织在SIMA制备过程中的演变机理。发现经过变形后的AI一4Cu—Mg合金在随后半固态等温处理的加热阶段和保温阶段中，微观组织的演变过程为：变形拉长结构一回复一原位再结晶一熔渗破碎一球化一长大。本文在仔细分析应变诱发熔化激法制备半固态AI．4Cu．Mg合金中微观组织演变的基础上．依据晶体塑性变形理论和

4、凝固理论的物理基础，对半固态等温处理加热阶段的再结晶与晶粒长大、再结晶晶粒的熔渗破碎过程和半固态等温处理西北上业大学]：学博士学位论文_■■■■-■___■●■■■■■●__■■■●■■■_●■■■■■■■■■●■■■_I_■■■●■■■■■■■■■■■●■■■■●■__●■-___■■■■___--___I保温阶段的晶粒球化与晶粒长大过程进行了不同的模型假设，并在此基础上，系统地建立了微观组织在半固态等温处理各阶段的演变模型，包括加热阶段中的再结晶与晶粒长大、熔渗破碎模型和保温阶段中的晶粒球化与长大模型。这些模型的计算结果与试验结

5、果吻合良好，能够较好地描述半固态材料微观组织的演化过程。关键词A1-4Cu—Mg合金；应变诱发熔化激活法；制备；半固态；微观组织；演化模型AbstraetAbstractSemi—solidforming(SSF)isanovelandpromisingtechniqueinthemetalformingof21stcentury,whichcouldmeettherequirementofadvancedmanufacturingtechnologyandoffersignificantadvantagesoverconventi

6、onalcastingandforgingtechnologies．ThekeytoSSFisfabricatingthesemi·solidmaterialswithfine，tmiformandspheroidalmicrostructure．Althoughseveralfabricationtechniques，includingElectromagneticStirring(ES)，havebeenappliedforawidevarietyofalloys，theyaredifficultand／orexpensivet

7、oproducethesemi-solidmaterialsofsomewroughtalloys．StrainInducedMeltActivation(SIMA)isanidealtechniqueforsolvingthisproblemwiththesignificantcommercialadvantagesofsimplieityandlowequipmentcostinthefabricationprocess．Inthispaper,thesemi—solidAI-4Cu-Mgalloyhasbeenfabricat

8、edbyplasticdeformationbelowsolidustemperature，whichincludecolddeformationandhotdeform砒ion，andisothermalheattreatmenti