1、 7075型合金的热变形文章信息文章历史：2010年3月6日接到初稿，2010年9月21日收到修订版,9月26日接受文章，2010年10月7日上传网上。关键词：加工图，热变形，动态重构，流量曲线摘要研究搅拌铸造7075型铝合金的热变形规律使用了加工图技术。这个地图被解释来看是材料的微观过程发生原位变形,它基于一个无量纲参数n的作用，这个参数是一个通过微观结构能量损耗过程的效率指标。在加工图中，使用另一个参数E， 一个失稳判据也用于来标定不稳定的流量。用目前的材料在热的工作范围(300 - 500 - C和0.001 - -1.0 s),组合不同的温度和应变率，可以从计算出的实验数据中导出两个参
2、数氮和e 。在已经研究过的温度和应变率条件下，加工图展示了一个在独特的n参数领域内没有任何不稳定流的情况。动态再结晶区和不稳定的区域,如下：绝热剪切带的形成,界面裂纹和楔板开裂被确定在加工地图上。对微观组织的检查进行确认。加工图可以用来选择最佳应变率和温度对7075铭合金热变形进行有效的预处理。1.介绍用高强度提高铝及其合金的质量比后，发现他们可以潜在应用于各种汽车和航空部件.这些合金的显微组织力学性能密切相关，这很大程度上是被机械的热加工影响的。因此,有必要研究热力学参数的影响,如变形温度和应变速率,对高强度铝合金材料的显微结构的影响。在高温变形中，伴随着铝合金严重的错向叠加能量，边界错向角
3、度是一个重要的表征微观组织的参数。散装金工过程在不断升高的温度下发生的地方会同时发生软化过程，这将会使实施大应变用单个步骤或多个步骤。热工作也会导致材料的微观结构的重大变化,这有助于一部分工作性能的提高，通常指固有的工作性，这种工作性对初始条件及工艺参数有要求。它可明显改善性能,便于进一步处理。了解材料的本构行为对在炎热的工作条件下内在和易性的优化控制和微观组织演变起着至关重要的作用。这是反复试验,需要使用的技术既昂贵又耗时,并且不容易生成成功的方案或易行行。因此,尝试和错误的技术需被替换为资料建模技术开发，这是基于科学原则的开发。动态材料模型,是Sasidhara和Prasad首先研制的,它
4、基于连续介质力学的基本性质中的较大的塑性流动学,物理系统建模学和不可逆热动力学。在这一模型中,工件的热变形过程被认为是一种力量的消散。耗散功率转化为热亮及显微组织形式。加工地图技术已广泛地应用于去了解许多材料微观结构的热性能方面和在工艺操作范围内的温度和应变率。加工地图技术是基于动态材料模型（DMM),需考虑互补关系产生热量的速度和诱导粘塑性变形和能量耗散率相关的微观结构的变化过程中产生的变形。一个对影响热的变形行为系统的了解将使处理显微组织性能的过程便于控制。一种给定材料的加工的窗口是在传统的基础上建立性能参数,如延性、耗能效率、流量定位参数、不稳定指标,表观活化能,并需存在有利的微观机制,
5、如动态再结晶(DRX)、动态恢复(DRY),或超塑性。变形过程被看作是稳定的，如果它不会引起不均匀流或不稳定性(指流量定位、动态应变时效、绝热剪切带、宏观开裂)。现在的工作是开始研究热的7075 型铝合金在不同温度和应变率下的工作特点。从而可以生成加工图。2.实验研究2.1 铝合金的搅拌铸造用搅拌铸造技术生产7505 型铝合金，用到的材料是 7505铝合金（成分% ：铜1.66,锰2.10、硅0.14 、锰0.21 、铁0.40、铬0.18、锌 5.67、钛0.01和剩下成分的铝） 。用一个电炉把铝合金熔化，并且倒在密闭的模具中。把铸坯浸泡在400C的环境中30分钟并且热挤压。这样直径10mm
6、,高度10mm的圆柱体试件可以从挤压棒加工出来。热压缩试验是在由一台1OT型的不伺服控制的通用测试机在不同应力(0.1 - -0.5)、应变率(0.001 - -1.0 s)和温度 (300-500C)条件下进行的。样品的温度监测是在将一个镍铬合金热电偶埋在0.5毫米的洞中，刚好钻出样品的一半的高度的条件所提供的帮助下进行的。这首先是由PARSAD和RAO提出来的。 热电偶也被用于测量试样在变形中的绝热温升。用石墨对标本进行有效的润滑和变形，使应变值达到准确的0.5.压缩试验后,立即对标本进行淬水并且对微观结构的横截面进行检测。样品被变形成原来高度的一半。对变形后的试样进行平行轴向的压缩，并且
7、对切割面准备进行金相检验。用KELLER的方案对试样进行蚀刻。试样的微观结构是通过Versamet 2.0光学显微镜和Clemex视觉形象的分析获得的，并且研究了变形的激励。在应变恒为0.5，而应变率和温度不同的条件下，利用流动应力数据对功耗效率和流动不稳定性进行了评价。7075型铝合金在 0.5应力条件下的加工图就可以绘制出了。2.2 变形参数的确定 任何金属材料的变形行为是由原料的内部构成和应变硬化率控制的。伴随着材料的强度增加而增加了塑性应变率。这种比率变化的敏感性是由公式m=dddd（1）确定的。在这里，参数K取决于材料的结构和温度，M取决于应变的敏感性。M的作用是由恒定的应力和温度给
8、出的一种能量形式决定的。 M=ddddd（2）复合材料的变形行为是由复杂的动态微观结构改变的过程影响的。这可以理解为利用活化能激化微观机制，从而得出稳态流变应力和应用应变速率以及温度的关系，然后导出阿伦尼斯速度方程m = ddd。 （3）在这里，A是一个常数，N是压力指数也相当于1 /米，R是气体常数，Q是活化能，在给定的周变应力中，logn的斜率和log(1/T)代表了活化能。变形过程伴随着两个功耗路线,需要多少能量才能带来微观结构的变化和耗散中工件变形过程中产生的热量。理想塑性流动,流动应力应变速率正比在任何应变和温度都快。效率定义为热耗散的比值，在微观结构的变化中，最大耗散可能使变形效率
9、改变，因此可以导出n = dddd（4 ） ，在这里， m是材料的应变率敏感性, 是一种改变变形温度和应变速率的能力。具有标准率的轮廓点在温度-应力域内可以构成加工图。在基于N个轮廓点的加工图上，几个领域可以被确定。每一个领域都代表着一个主要的变形机制。与最高效率条件相适应的领域是最佳的变形条件。除了n的轮廓,失稳判据给出了下列方程（5）:e = dddd用于描绘在加工图中这一温度应变速率条件下流量的不稳定性。3.结果与讨论热压缩试验是对7505铝合金在不同温度范围（ 300 - 500 C）和应变速率范围（0.001 -1.0 s） ，应力范围(0.1 - -0.5)内进行的。流动应力数据已
10、经得到实心数据。应变的速率对标本的流动应力有重要影响。压力会减少流量，增加温度和使应变速率下降。对不同应变率,每个流量曲线的形态是不同的。流动应力的产生受多种因素的影响 ,如合金成分、组织、变形模式,温度和变形功率表达式中的能量形式 (1)。通过输入来生成一个以制备对氯苯甲醛的数据流动应力功能温度、应变速率和应变处理的地图。它是很重要的,用准确、可靠、简单而实验性的技术生成它们。一般来说 ,材料、材料开始“流”或变形塑性在外加应力(在单轴受拉没有颈缩或在单轴压缩无胀形 )作用下达到流动应力预期作用。但是热拉伸、热扭转或热压缩试验技术可能也用于这个目的,热压缩试验具有决定性的优势超过其他的方法。
11、在一个压缩试验中对于圆柱形标本,很容易获得一个常数，真应变率可以使用一个在实验中衰减的致动器的速度。直接在标本可方便地测量绝热温升,并进行等温条件下的测试。3.1流动应力应变曲线的解释流动应力的特点是金属流动发生了动态恢复和再结晶后，初始计数的高温奥氏体晶粒可以从大量实验中得到。当材料可以通过载荷传递或冶金变换消散提供的能量时，i.e.还没有达到高水平的破坏。在图1中可以看到7505铝合金变形350 C时，在不同应力速率范围（0.001 到1.0s ）的变形曲线。流动应力有显著的低应变率低而自成一体的加工硬化率几乎都增高。因此发现流动应力应变增大,增加。在较低应变率、变形等温但在高应变率是绝热
12、。在较低应变率、振荡的流动应力条件下进行了观察。振动不容易明显,因为噪音数据有时被证明是更大的振幅比振荡。他们的流动应力应变软化流动曲线所表现的流量的应变率较高。温度的上升,导致加工硬化速率下降。对不同温度下的流量曲线和恒应变率0.1s 显示在图2 。它可以被看到的真实应力真应变曲线有一定的峰值应力应变,其次是动态流量软化,直到最后的压缩。应力峰值随流变应力的增大而加大,应变速率和变形温度则降低。对应的应变峰值应力随应变率增加 ,变形温度下降由于具有较高的硬化率在初始变形阶段。流量软化可能是铝合金的结构的动态恢复和再结晶。3.2加工地图的解释可以用材料流的行为来定义形变加工地图所描绘的“安全”
13、和“非安全“热的工作条件。这些地图显示在处理空间,如下：在轴上的温度和应变率、工艺条件稳定和不稳定变形。在机制加工图中稳定性比较大的“安全”地区比加工遥感地图符号好。在加工图上可以获得一个小的0.5应力值的显示在图3上的点。 对每一个轮廓的数字代表各自达到的功耗值。粗线代表边界流量不稳定的区域，在350 - 395 C温度范围内和0.013 -0.12s应变速率范围最高效率约为28% ， 是发生在350 C和0.1 秒的点上。 在稳定的效率下，功耗额作用是通过均衡微观过程期间发生的变形表现的,即动态修复过程,如动态再结晶,DRV和扩大的DRV 。3.3 微观检查变形的过程是“稳定”的，如果变行
14、材料不展示任何不均匀变形和流动不稳定性。由于变形均匀稳定的地区,他们的行为的确定性和材料的性质有关，所以是可以被精确地模拟的。这些微观结构模型可用于生产微观组织控制元件。CRX,DRY过程所涉及的原位脱位的产生和湮没变形,是可以达到平衡状态的。 在这些过程中，是可以有效的降低电源的浊断裂过程，与效率有关的区域相比较是少的。在较低温度下发生动态再结晶或产生更高的应变率。当达到临界应变的形核长大后，晶粒的小颗粒会出现生长。在初始阶段的热形成过程,代替的谷物由边界增长偏移并且和聚。随着应变的增长，在新的结晶过程中谷物变形的高角度晶界会迁移。在这种情况下,需要更长的时间去积累脱位的临界密度，并且需要触
15、发再结晶。再结晶“波浪”通过材料。由于低密度是每个脱纹的特性，所以整体应力水平对应着相应更低的线。在图4中，可以显示出测试过程中再结晶去区的温度为350C,应变率为0.1s.这些观测结果显示,范围为0.013 至0.12 s为动态再结晶域。它是安全的散装金属在安全领域加工时得到的加工地图，温度变化为360 - 460 - C应变率0.01 -0、1s。 Prasad等解释说，材料在稳定变形成细结构的过程中，速度和高温显示异常，这个过程称为超塑性。在图5上显示，谷物的伸长确定在350C和应变率为0.1的数值上。在这种现象中引起的均匀变形中可以形成“流动不稳定性”和在温度和应变速率变形不均匀的地方
16、可以称为“不稳定”或“不稳定性”区域。在较高的应变率、绝热过程中产生变形热，热加工不是因得不到足够的时间进行和导热系数低,导致高度局部应力的最大值流道变平和。这个过程被称为绝热剪切带的形成过程。它被观察到的夹角约为45 度轴压角。剪切带形成排列是沿剪切方向，图6中观察到的温度为300 C和应变速率为 1.0s。超塑性变形可能引起界面开裂。这可能会产生微观结构损坏腔最终导致韧性断裂。能量耗散是通过形成新的表面,总的来说高度一直不变，虽然是不可取的过程。这种能量影响的温度和应变率是更大的,在这个过程中,这个领域发生加工,因此应该被避免。这种类型的观察图在图7中可以看到。 （界面裂纹，温度为500C
17、，应变率为1.0s).具有稳定的细粒结构的材料在高温变形过程中，温度会升高，速度会放慢，会显示出异常的伸长。这个过程称为超塑性变形,主要包括晶界滑动与同时出现的扩散、接纳流动速度,可修复楔形闸板裂纹形成，并在晶界处三重连接。Prasad 说，楔形闸板裂纹发生在较高的温度和较低应变率条件下。结果，晶界滑动过程中取决于同化机制在晶界处的三重连接,在相当的应力集中时会造成相邻谷物的滑动。如果是应力集中的速度超越匹配率与晶界滑动的速度、楔板开裂会发生。Fig.8显示组织的楔形闸板裂纹在温度为450 C和应变速率为0.001s时发生。结论7075型铝合金的热变形采用在温度变化范围为 300-500C和应
18、变率为0.001 - -1.0 s范围内的热压缩试验。加工图是用来选择7075型铝合金热变形的优化领域后进行有效的预处理。发生动态再结晶温度范围为340 - 390 C和应变速率范围为0.013 -0.12s。热加工7075铝合金的最优工艺参数是350 C ，0.1 s，拥有可达28%的可 鉴定效率。在较高的应变率、材料显示流不稳定如绝热剪切带和基体开裂的温度范围分别为300 - 380C和440 - 500 C 。 也得到楔板开裂更高的温度范围为490 - 500 C和更低的应变速率。这些温度和应变率应避免在加工材料的过程中。出处作者感谢的部门为印度泰米尔纳德邦的Annamalai大学制造工程系对制造和检测复合材料的试验的支持。图片1. 在不同应变率而温度恒定为350度条件下的 流量曲线2. 对不同温度而应变率恒定为0.1s条件下的的流量曲线3. 应力值为0.5的7975型铝合金的加工图4. 在350C 和0.1应变率值条件下的动态再结晶5. 在350C和0.1应变率值条件下的谷物 断裂伸长率6. 在350C和0.1应变率值条件下 绝热剪切带的形成7. 入预热为500 C应变率为1.0 s时的界面裂纹8. 入预热为450 C应变率为0.001s时的楔板开裂
