材料加工专题讨论

材料加工专题讨论材料加工专题讨论 材料加工专题讨论学习心得材料加工专题讨论这门课每堂课都由不 同的老师讲授 总共介绍了材料加工与控制工程系的八个不同方向 结合我所做的铝合金方向的课题 我做以下总结介绍 铝合金热挤压制品在淬火时效后 会在断面周边形成粗大的再结晶 区 称为 粗晶环 它是铝合金挤压制品中常见的缺陷 严重危 害制品性能和寿命 这是内外一直未能解决的技术难题 尽管如此 仍有大量的研究人员通过实验对粗晶环的机理进行了有 意的研究 但没有形成一致的共识 对其机理有以下几种理论1 粗 晶环是一次再结晶的结果 2 粗晶环是二次再结晶的结果 3 粗晶 环是坯料与挤压筒壁之间剧烈摩擦而产生剧烈的剪切变形引起 4 临界变形程度的观点 5 锰粒子的偏析观点 不同的化学成分的合金有不同的粗晶环形成机制 为此以LY12合金 为例研究该合金正向热挤压粗晶环的形成机理 正向挤压时金属流动性质 在很大程度上取决于金属铸锭组织 铸 坯和筒壁间外摩擦 金属内摩擦以及金属本身的性质 尤其在挤压合金时 由于它易于筒壁焊合 粘着 从而大大地增 加了金属与筒壁间的外摩擦系数 使锭坯周边的金属流动更加复杂 化 挤压变形区内金属流动慢 内外金属流动时便形成很大的流速差 结果在区内形成强烈的剪切变形 它将严重影响组织性能 其原因 是1 与压缩变形相比 在切变区的周边层金属有较大的压缩变形 这就使周边层与中心层的金属存在较大的变形程度差 2 剪切变形使晶粒有更大程度的细化 分成更多更小的亚晶 晶体 内的位错密度 空间及间隙原子密度大大升高 金属处于高能状态 致使挤压制品周边硬度比中心层的高 3 剧烈的剪切变形加速第二相粒子的析出 由于剪切变形使晶格畸变能和热效应增加 故而提高了溶质原子的 扩散速度 同是晶界破碎晶粒细化 为溶质原子的析出创造了极为 有利的条件 LY12合金挤压过程的一个突出特点是出现 挤压效应 正是因为这种挤压效应 使得其挤压制品在淬火及时效后强度比轧 制和锻造的强度都高 挤压效应的实质是由于挤压时易于在合金中建立稳定的多边形化组 织 即未再结晶组织 现发现并不是只有挤压制品才有这种强化效应 在适当的条件下 轧制和锻造的半成品淬火后同样也可以获得未再 结晶组织 从而使强度提高 因此 挤压效应 就发展为 组织强化效应 即凡是淬火后能 得到未再结晶组织 使时效后的强度大大高于一般淬火时效后的强 度的现象 称为 组织强化效应 因此 具有挤压效应的棒材强度高 但是 一般情况下 挤压效应 与 粗晶环 同时存在 一 再结晶问题再结晶过程一般要经历形核和长大过程 主要靠热 激活过程来完成 变形金属在加热过程中 空位易于运动 原子扩散快 位错通过攀 移和滑移进行重新排列 有些相互抵消 从而改变其组态 分布和 数量 这一现象称之为多变化回复 多变化过程中 将生成一系列小角度晶界 将晶体划分成许多无畸 变的小角度亚晶 LY12合金的层错能很高 位错易于滑移和攀移 所以LY12合金热挤压易于发生动态回复而不易发生动态再结晶 在高温 460 下热挤压时 由于摩擦引起的热效应 使得棒材周 边温度超过再结晶温度 从而发生再结晶 而棒材中心部位则是挤 压过程中动态回复和随后的冷却过程中静态回复的多变化小角度晶 界 金相组织表现为纤维组织 一般合金经热变形后的组织应该是再结晶组织 为什么铝合金挤压 后会是纤维组织 而不发生结晶呢 这是因为铝的层错能高 因此 两个分位错之间的间隔小 易于束集 易于交滑移 正 负位错 相遇的机会多 使得位错易于消灭 另外 挤压时的切变分量也对交滑移及攀移有利 结果是位错形成 了又消灭了 这样位错密度N仍很小 推动再结晶的力也就小 正因为制品中剩余畸变能 经回复后 不足以推动再结晶 所以金 相组织上看是纤维组织 其实显微组织为胞状组织或亚晶组织 其 大小为5 15 m 当挤压温度高时 亚晶变大 再结晶一般都是由形核及核的生长开始 而形核又是一个复杂的过 程 尽管有各种形核理论 但各种金属并没有统一的形核机制 下面简述几种形核机制1 传统的自发形核理论 由于它的形核功太大 实际上不可能有这种形核过程 2 孪生形核 机制 它通常在低层位错金属中出现 铝及铝合金是高层错能金属 所以 也不可能是这种形核机制 3 位错塞积区形核 再结晶可以在第二相析出物上形成 也可以在3个或3个以上的晶界 相交处形成 因为这些地方附近会有较高的位错密度 形核较为有 利 4 亚晶吞并长大形核 这种机制需要金属在形核时有较为明显的多边形化过程以形成亚晶 或有较为鲜明的胞状结构 这些都要求金属的层错能不能太低 二 淬火制度与粗晶环的关系挤压后的棒材因有大量缺陷和一定的 储能使变形组织处于不稳定状态 在一定条件下 会向缺陷较少的 稳定状态转变 这种转变过程主要靠原子及空位的激活来完成 经淬火处理的棒材 因淬火温度高 所以原子自扩散的热激活能大 挤压棒材边都处于高能状态 可动性好的大角度晶粒通过亚晶剧集 的方式能迅速长大再结晶能在高温短时内完成 生成低能状态的大 晶粒 从形核率N和晶粒长大速率G与加热温度T之间的关系可知提高淬火温 度 一方面使再结晶形核率提高 从而抑制晶粒长大 另一方面又 提高了晶核长大速度 缩短再结晶完成时间 使晶粒尺寸增加 为了尽可能减少挤压棒材周边再结晶晶粒的大小 应采用高温短时 淬火制度 三 第二相粒子在粗晶环形成中的作用过渡族元素形成的第二相粒 子能提高再结晶温度 细化晶粒 因此 有抑制粗大晶粒的作用 但实际效果的好坏 取决于第二相粒子的大小 分布和存在形式 铸锭在经过加热 热挤压和固溶处理后 第二相粒子的大小 分布 发生了变化 粗晶区第二相粒子大而疏 而基体区第二相粒子细而密 a粗晶区b基本区图1淬火后粗晶区和基体区第二相粒子的大小和分布 这主要是因为挤压过程中存在大的剪切变形 在切变区内第二相粒 子聚集的结果 粗大的第二相粒子对再结晶后期的晶粒长大不起抑制作用 粗晶区内第二相粒子不是弥散分布晶界上 而是大部分聚集成团 对晶界的迁移运动不起 钉扎 作用 从而晶粒在没有阻力的情况 迅速长大 导致挤压棒材表层形成粗大的再结晶层集体内的第二相 粒子均匀弥散分布在晶内和晶界上 细小的第二相粒子阻碍再结晶 晶界上的第二相粒子 钉扎 晶界 阻止晶界的迁移 抑制晶粒 粗化 参考文献 1 张胜华 覃也霞 铝合金挤压制品粗晶环形成机理研究 铝加工 xx 2 卢杰 铝合金挤压制品粗晶环形成机理探讨 黑龙家冶 金 xx 3 王成江等 铝合金模锻件粗晶缺陷浅析 轻合金加工技术 xx 4 冯正梅 铝合金前梁模锻件粗晶缺陷及对策 轻合金加工技 术 xx 5 郑祥健 LD2合金挤压棒材粗晶环的研究 轻合金加工技术 1992 6 张胜华 LY12CZ挤压棒材粗晶环微观分析