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铝型材热变形加工对组织性能的影响
内容来源:http://www.apas.net.cn/    作者:武将    发布日期:2021-02-07 08:33    阅读次数:95 次 点击收藏


1. 铝型材热变形加工材料铸态组织的改善

铝型材在高温下塑性高、抗力小,加上原子扩散过程加剧,伴随有完全再结晶,有利于组织的改善;在三向压缩应力状态占优势的条件下,热变形能最有效的改变铝型材的铸态组织;给予适当的变形量,可以使铸态组织发生下述有利的变化;
(1)由于在每一道次中硬化和软化过程是同时发生的,所以一般热变形是通过多道次的反复变形来完成的;变形破碎了粗大的柱状晶粒,通过反复的变形,使铝型材的组织成为较均匀细小的等轴晶粒;同时,还能使某些微小的裂纹得以愈合;
2)由于应力状态中静水压力的作用,可促进铸态组织中存在的气泡焊合,缩孔压实,疏松压密,变为较致密的组织结构;
3)由于高温原子热运动能力加强,在应力作用下,借助原子的自由扩散和异扩散,有利于铸锭化学成分的不均匀性相对减少;
通过热变形,铸锭组织改善了变形组织(或加工组织),使其具有较高的密度、均匀细小的等轴晶粒及比较均匀的化学成分,因而塑性和抗力的指标都有明显的提高;
4040(双槽)工业铝型材

2. 铝型材热变形加工晶粒度的控制

热变形后铝型材晶粒度的大小,取决于变形程度和变形温度(主要是加工终了温度);在完全软化的温度范围内加工铝型材时,为了获得均匀细小的晶粒,每道次的变形量应大于临界变形程度;通常每道次的变形量应大于10%,如2024合金的临界变形程度,在变形速度大时(如冲击变形时)为2%~8%,在变形速度小时应大于10%


3. 铝型材热变形时的纤维组织

在热变形过程中,铝型材内部的晶粒、杂质和第二相及各种缺陷将沿最大延伸主变形方向被拉长、拉细,而形成纤维方向的强度高于铝型材其他方向的强度,材料表现出不同程度的各向异性;此外,热变形时也可能同时产生变形结构及再结晶结构,它们也会使铝型材产生方向性及不均匀性;


4. 铝型材热变形过程中的回复与再结晶

热变形过程中,在应力状态作用下,铝型材一般发生动态回复与再结晶;

(1)铝型材在热变形过程中的回复
铝型材在热变形过程中的堆垛层错能较大,自扩散能较小;在高温下,位错的滑移和攀移比较容易进行;因此,动态回复是它们在热变形过程中的唯一软化机构;高温变形后,对铝型材立即观察,在组织中可以看到大量的回复亚晶;将动态回复的组织保持下来,已成功地用来提高6063系列工业铝型材的强度;

研究证明:发生动态回复有一个临界变形程度,只有达到此值时才能形成亚晶;形成亚晶的变形程度与变形温度和变形速度有关;当变形达到稳定后,亚晶也保持一个平衡形状;亚晶的取向一般分散在1°~7°的宽广范围内;热变形达到稳态后,亚晶的平均尺寸有一个平衡值;铝型材在热变形后的力学性能仅取决于最终的亚晶尺寸,而与其他变形条件无关,因而有可能采用控制变形条件的方法,来获取所需要的亚晶尺寸,然后通过足够快的冷却速度来抑制产生静态再结晶,而将该组织保持下来;

(2)铝型材热变形过程中的再结晶
热变形进入稳态后,铝型材内部发生全面的动态再结晶,随着变形的继续,回复与再结晶又反复进行,其组织状态已不随变形量的增加而变化;但是,由动态再结晶而导致软化的铝型材组织一般难以保持,因为就在热变形完结后,静态再结晶即迅速发生而替代了那种加工结构;所以,热变形过程中的再结晶,包括与变形同时发生的动态再结晶和各道次之间,变形完结后冷却时所发生的静态再结晶;但热变形时起软化作用的主要还是动态再结晶;研究结果表明:
①动态再结晶的临界变形程度很大;
②动态再结晶易于在晶界及亚晶界处形核;
③由于动态再结晶的临界变形程度比静态再结晶大得多,因此,一旦变形停止,马上会发生静态再结晶;
④变形温度愈高,发生动态再结晶与静态再结晶所需时间就愈短;
应控制变形条件,以获得最佳的组织结构;

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