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鋁型材熱變形加工對組織性能的影響
1. 鋁型材熱變形加工材料鑄態(tài)組織的改善
鋁型材在高溫下塑性高、抗力小,加上原子擴(kuò)散過程加劇,伴隨有完全再結(jié)晶,有利于組織的改善;在三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)占優(yōu)勢的條件下,熱變形能最有效的改變鋁型材的鑄態(tài)組織;給予適當(dāng)?shù)淖冃瘟浚梢允硅T態(tài)組織發(fā)生下述有利的變化;(1)由于在每一道次中硬化和軟化過程是同時(shí)發(fā)生的,所以一般熱變形是通過多道次的反復(fù)變形來完成的;變形破碎了粗大的柱狀晶粒,通過反復(fù)的變形,使鋁型材的組織成為較均勻細(xì)小的等軸晶粒;同時(shí),還能使某些微小的裂紋得以愈合;
(2)由于應(yīng)力狀態(tài)中靜水壓力的作用,可促進(jìn)鑄態(tài)組織中存在的氣泡焊合,縮孔壓實(shí),疏松壓密,變?yōu)檩^致密的組織結(jié)構(gòu);
(3)由于高溫原子熱運(yùn)動(dòng)能力加強(qiáng),在應(yīng)力作用下,借助原子的自由擴(kuò)散和異擴(kuò)散,有利于鑄錠化學(xué)成分的不均勻性相對減少;
通過熱變形,鑄錠組織改善了變形組織(或加工組織),使其具有較高的密度、均勻細(xì)小的等軸晶粒及比較均勻的化學(xué)成分,因而塑性和抗力的指標(biāo)都有明顯的提高;
2. 鋁型材熱變形加工晶粒度的控制
熱變形后鋁型材晶粒度的大小,取決于變形程度和變形溫度(主要是加工終了溫度);在完全軟化的溫度范圍內(nèi)加工鋁型材時(shí),為了獲得均勻細(xì)小的晶粒,每道次的變形量應(yīng)大于臨界變形程度;通常每道次的變形量應(yīng)大于10%,如2024合金的臨界變形程度,在變形速度大時(shí)(如沖擊變形時(shí))為2%~8%,在變形速度小時(shí)應(yīng)大于10%;
3. 鋁型材熱變形時(shí)的纖維組織
在熱變形過程中,鋁型材內(nèi)部的晶粒、雜質(zhì)和第二相及各種缺陷將沿最大延伸主變形方向被拉長、拉細(xì),而形成纖維方向的強(qiáng)度高于鋁型材其他方向的強(qiáng)度,材料表現(xiàn)出不同程度的各向異性;此外,熱變形時(shí)也可能同時(shí)產(chǎn)生變形結(jié)構(gòu)及再結(jié)晶結(jié)構(gòu),它們也會(huì)使鋁型材產(chǎn)生方向性及不均勻性;
4. 鋁型材熱變形過程中的回復(fù)與再結(jié)晶
熱變形過程中,在應(yīng)力狀態(tài)作用下,鋁型材一般發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)與再結(jié)晶;
(1)鋁型材在熱變形過程中的回復(fù)
鋁型材在熱變形過程中的堆垛層錯(cuò)能較大,自擴(kuò)散能較??;在高溫下,位錯(cuò)的滑移和攀移比較容易進(jìn)行;因此,動(dòng)態(tài)回復(fù)是它們在熱變形過程中的唯一軟化機(jī)構(gòu);高溫變形后,對鋁型材立即觀察,在組織中可以看到大量的回復(fù)亞晶;將動(dòng)態(tài)回復(fù)的組織保持下來,已成功地用來提高6063系列工業(yè)鋁型材的強(qiáng)度;
研究證明:發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)有一個(gè)臨界變形程度,只有達(dá)到此值時(shí)才能形成亞晶;形成亞晶的變形程度與變形溫度和變形速度有關(guān);當(dāng)變形達(dá)到穩(wěn)定后,亞晶也保持一個(gè)平衡形狀;亞晶的取向一般分散在1°~7°的寬廣范圍內(nèi);熱變形達(dá)到穩(wěn)態(tài)后,亞晶的平均尺寸有一個(gè)平衡值;鋁型材在熱變形后的力學(xué)性能僅取決于最終的亞晶尺寸,而與其他變形條件無關(guān),因而有可能采用控制變形條件的方法,來獲取所需要的亞晶尺寸,然后通過足夠快的冷卻速度來抑制產(chǎn)生靜態(tài)再結(jié)晶,而將該組織保持下來;
(2)鋁型材熱變形過程中的再結(jié)晶
熱變形進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后,鋁型材內(nèi)部發(fā)生全面的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,隨著變形的繼續(xù),回復(fù)與再結(jié)晶又反復(fù)進(jìn)行,其組織狀態(tài)已不隨變形量的增加而變化;但是,由動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而導(dǎo)致軟化的鋁型材組織一般難以保持,因?yàn)榫驮跓嶙冃瓮杲Y(jié)后,靜態(tài)再結(jié)晶即迅速發(fā)生而替代了那種加工結(jié)構(gòu);所以,熱變形過程中的再結(jié)晶,包括與變形同時(shí)發(fā)生的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和各道次之間,變形完結(jié)后冷卻時(shí)所發(fā)生的靜態(tài)再結(jié)晶;但熱變形時(shí)起軟化作用的主要還是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶;研究結(jié)果表明:
①動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界變形程度很大;
②動(dòng)態(tài)再結(jié)晶易于在晶界及亞晶界處形核;
③由于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的臨界變形程度比靜態(tài)再結(jié)晶大得多,因此,一旦變形停止,馬上會(huì)發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶;
④變形溫度愈高,發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶與靜態(tài)再結(jié)晶所需時(shí)間就愈短;
應(yīng)控制變形條件,以獲得最佳的組織結(jié)構(gòu);
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