scr技术制备a2017合金半固态材料组织演化与扩展成形

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1、东北大学博士学位论文SCR技术制备A2017合金半固态材料组织演化与扩展成形摘要本文研究工作是国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目“SCR技术制备半固态材料组织演化与扩展成形机制”(No．50274020)的部分内容，以A2017合金为对象，系统研究了一种能够连续高效制备半固态金属的技术．即单辊剪切冷却技术(Shearing／CoolingRollprocess，简称SCR技术)，并根据SCR技术的设备结构及工艺特点，提出半固态金属的连续挤压扩展成形新工艺，解决了SCR技术制备半固态金

2、属与成形的一体化和连续化问题，主要工作及获得的研究成果如下：(1)设计和建立一台SCR实验机，采用实验机制备A2017台金半固态浆料，并流变铸造成半固态锭坯，揭示了SCR工艺参数对半固态合金浆料组织的影响规律，优化了流变铸造工艺参数。结果表明，随着熔体浇注温度的降低或者辊靴型腔高度的减小，半固态合金浆料组织从粗大的枝品和玫瑰晶逐渐转变为细小均匀的等轴晶。在本实验机设计的技术参数条件下，浇注温度为760～780。lC，辊靴型腔高度为4～6mm，SCR技术制各的A2017合金半固态浆料可直接漉变铸造

3、得到质量良好的半固态合金锭坯；(2)通过对SCR技术制备A2017合金半固态浆料辊靴型腔内组织演化过程的实验观察，认为SCR技术制备半固态合金浆料过程存在搓动剪切动态凝固机制，使辊靴型腔内合金形成动态凝固形核一枝晶破碎一晶粒细化球化的组织演化过程，即熔体首先在冷却靴和工作辊表面凝固形核并以枝晶形态生长，在剪切搅拌作用下，枝晶脱落，部分枝晶退化成玫瑰晶，随着剪切搅拌作用的加强，枝晶和玫瑰晶破碎形成细小的等轴晶，等轴晶在碰撞摩擦过程中可形成球形晶；(3)首次采用有限元法对半固态台金连续挤压扩展成形过

4、程热流耦合场进行三维数值模拟，建立了半固态合金连续挤压扩展成形过程的计算模型，确定了计算模型的边界条件和A2017合金的热物性参数，获得了辊靴型腔和模腔内合金温度场和流场．揭示了工艺参数和模具设计参数对温度场和流场的影响规律。模拟结果为优化工艺参数、设计扩展成形模具、控制产品组织等半固态金属的连续制‘Ⅱ。查!!垄堂堡主兰堡垒墨备与成形提供了理论依据摘要(4)设计和建立了半固态连续挤压扩展成形机构，通过对A2017合金半固态浆料的制备与连续挤压扩展成形扁型材和半固态圆棒坯实验，对扩展成形工艺、模腔

5、内金属流动规律、扩展成形模具的设计以及产品的组织性能进行了系统研究，优化了扩展成形工艺。结果表明，熔体浇注温度为780。C，模具扩展角为45。，模具预热温度为450。C，采用半固态连续挤压扩展成形工艺，可制备表面质量良好，内部组织为细小均匀等轴晶的A2017合金扁型材和半固态圆棒坯。同时，数值模拟结果与实验结果基本吻合，证明模拟结果合理；(5)对SCR技术流变铸造A2017合金半固态锭坯和挤压扩展成形A2017合金半固态圆棒坯进行二次加热，揭示了坯料二次加热过程中的组织演化规律。结果表明，两种坯

6、料在二次加热过程中，随着保温时间的延长，晶粒逐渐长大和球化，液相逐渐增加。625℃恒温保温60rain，两种坯料均可获得由球形晶粒和液相组成的理想半固态组织，证明SCR技术制备的A2017合金流变铸造半固态锭坯和挤压扩展成形半固态圆棒坯均可适合作为触变成形的半固态坯料；(6)采用Gleeble。1500热模拟实验机，对SCR技术流变铸造A2017合金半固态锭坯进行压缩变形实验，对压缩变形力学特性和变形机制进行了研究。实验结果表明，半固态合金锭坯的压缩变形过程可分为三个阶段，即弹性变形阶段、稳定流

7、动变形阶段和固相偏聚变形阶段。在稳定的流动变形阶段，变形机制主要是液相流动、阻尼液相流动和固相颗粒的转动和滑动机制组成，变形抗力小，并且变形抗力随着变形温度的升高或者变形速率的下降而下降；(7)首次对半固态金属的触变轧制成形进行研究，包括轧制成形工艺、轧材的组织和力学性能等。结果表明，A2017合金半固态坯料触变轧制过程出现了固相与液相分离现象，球状固相颗粒偏聚在板材心部，而液相偏聚在板材边部。半固态坯料加热温度为625℃，轧制速度可达30r／s，一道次变形量可达80％，触变轧制板材表面光亮平整

8、，抗拉强度和延伸率分别为336MPa和2．5％。板材经冷轧变形后，抗拉强度和延伸率可进一步得到提高。关键词：半固态金属；单辊剪切冷却技术；挤压扩展成形：有限元模拟；触变轧制；组织演化：铝台金·ⅡI·东北大学博士学位论文ABSTRACTMicrostructureEvolutionofSemi—solidA2017AlloyPreparedbySCRProcessandExtendingFormingABSTRACTAnewprocessingtechnology—Shearing／Cooling