中南大学塑性加工铝合金板轧制设计

1、（60mm厚2519-T87铝合金厚板）轧机参数：工作辊：760mm1500mm，轧速：0.1m/s，开口度：380mm，间隙时间：5s2 2页页3 3页页4-164-16页页17-2017-20页页铝合金成分性能介绍铝合金成分性能介绍加工方案设计加工方案设计工艺参数计算设计工艺参数计算设计理论依据和参考文献理论依据和参考文献2519-T87铝合金的成分.性能和用途 2产品加工方案（T87）3铸锭（表面处理）铸锭（表面处理） 均匀化退火（均匀化退火（530，12h最佳）最佳） 热轧热轧 固固溶（溶（530，1h最佳）最佳） 冷轧（冷轧（7%,预拉伸，裁剪）预拉伸，裁剪） 锯切锯切 时时效（效（

2、165，15h最佳）最佳）工作辊：760mm1500mm，轧速：0.1m/s，开口度：380mm，间隙时间：5sA产品尺寸：参考铜镁铝合金板材产品的尺寸，结合本题的条件，产品尺寸：参考铜镁铝合金板材产品的尺寸，结合本题的条件，最终给出的产品尺寸为最终给出的产品尺寸为60*500*3000B铸锭尺寸：（铸锭尺寸：（1）锭坯厚度：定坯厚度的最小值应能保证金属承受）锭坯厚度：定坯厚度的最小值应能保证金属承受60%70%的加工率，的加工率，所以可知产品厚度为所以可知产品厚度为60mm时，铸锭的厚度应满足公式：时，铸锭的厚度应满足公式：考虑到轧机的情况，应取较小的加工率，即考虑到轧机的情况，应取较小的加

3、工率，即锭坯厚度锭坯厚度设定为设定为150mm。C4150%60160H (2)铸锭宽度铸锭宽度:铸锭宽度一般通过如下公式确定铸锭宽度一般通过如下公式确定:其中其中b表示成品宽度，表示成品宽度，n表示成品宽度的倍数，表示成品宽度的倍数，b表示总切变量，表示总切变量， B表示热轧宽表示热轧宽展量展量. 由于轧机比较小，所以由于轧机比较小，所以n取取1，总切边量和热轧宽展量可以认为基本抵消，总切边量和热轧宽展量可以认为基本抵消，即铸锭的宽度与产品的宽度设定为一样长，热轧过程中的宽展量在轧制完成之即铸锭的宽度与产品的宽度设定为一样长，热轧过程中的宽展量在轧制完成之后切掉。因此铸锭的宽度确定为后切掉。

4、因此铸锭的宽度确定为500mmDF5BnbbB (3)铸锭的长度铸锭的长度:依据体积不变原则，同时考虑到加工过程中不可避免的依据体积不变原则，同时考虑到加工过程中不可避免的损失，可知铸锭长度应满足如下公式损失，可知铸锭长度应满足如下公式:考虑到铸锭原料和去头去尾问题，最考虑到铸锭原料和去头去尾问题，最终选定铸锭长度终选定铸锭长度L=1500mm1200500150300050060L均匀化退火：均匀化退火： 固溶固溶: 6（1 1）热轧温度与锭坯加热热轧温度与锭坯加热通过查阅文献，可知开轧温度和终轧温度的范围分别为420440和350430，以此为参考，将热加工开轧温度设定为430度，终轧温度

5、设定为400度。 锭坯在热轧之前首先需要加热至加工温度，为补偿出炉后的温降，炉温应比加工温度高出一部分，同时加热时间需要尽可能短，以避免晶粒长大的出现。所以锭坯加热的温度为450度热轧时间则根据入下公式确定（右图为常见铝合金热轧温度表）7min2451502020Ht（2）热轧压下制度：）热轧压下制度：总加工率的确定总加工率的确定道次加工率的确定道次加工率的确定轧制道次的确定轧制道次的确定83-1log1log(）（）道退n具体的热轧工艺，热轧一共有3个道次，第一个道次将铸锭的从150*500*1500轧到厚度为112mm。工作辊760mm1500mm，轧速：0.1m/s，开口度：380mm，

6、间隙时间：5s。有以上条件可以求出轧制压力和平均单位压力具体过程如下：（具体过程如下：（1）一般参数计算）一般参数计算9mmmmmmhRHhcBhHhRhlmmhRlHh34.1955703.5131121500500150703.513703.13500703.132 .1201503845. 0918. 01121502 .120222 .12038380%3 .251503810MPatsCTcGkFtmFkgVGstlttsRhhHHh9.751.15KMPa66C88.427)(241.0%9.16)(88.427224.44302t-ttC24.4741007034.31812.0

7、360055.2433.23.4)741003600)(33.2)34.1955703.51334.1955112703.513112()15005001500150500150()(4.31810/150050015083.2)(55.24510034.1955)(241.03803811215010022%9.1615038323211441261101表可知根据论文公式和数据图）（）（。（11（3）计算应力状态系数）计算应力状态系数（4）计算平衡单位压力）计算平衡单位压力（5）计算接触面积）计算接触面积（6）计算轧制压力）计算轧制压力231. 1918. 0252. 01252. 010

8、15. 1918. 025. 0785. 025. 0785. 0hlnhln温克索夫公式西姆斯公式035. 1918. 0)(4 . 04 . 0 hln响较厚扎件需考虑外端影此处不考虑张力轧制故不计算张力影响系数 ，视为没有张力影响MPaKnnp70.969 .75035. 1231. 1 )(55.609232 .1202703.51350022mmBBBlFKH n)(589155.6092370.96kNFpP T87规定在固溶之后对铝合金进行加工率（断面减缩率）为7%的冷轧。由于道次为1，7%也是冷轧时的总加工率且较小，不需要进行中间退火。参数计算假设热轧后对合金板进行裁剪，冷轧前

9、板材尺寸为64.5*500*300012mmmmmmhRHhcBhHhRhlmmhRlHh6 .321630.5016030005005 .64L30.50130. 1500B30. 14 .415 .645 . 445. 0665. 0605 .644 .41224 .415 . 4380605 . 45 .64605 .64%7hh故，热轧时的宽展已被裁掉13（2） 和和K K值的确定值的确定）（的温度变化来）下进行，忽略形变带冷轧在室温（。常。C25)(175. 0%65. 4C25ttC25)(17.3751006 .3216)(175. 03805 . 4605 .6410022%6

10、5. 45 .645 . 4323211101tsstlttsRhhHHh张力不需要像带材一样考虑铸锭轧制虽然是冷轧，但是单个，同热轧，可得到MPa65515. 1KMPa57014168. 1665. 0252. 01252. 01951. 0665. 025. 0785. 025. 0785. 0hlnhln温克索夫公式西姆斯公式（3）计算应力状态系数）计算应力状态系数（4）计算平衡单位压力）计算平衡单位压力（5）计算接触面积）计算接触面积（6）计算轧制压力）计算轧制压力177. 1665. 0)(4 . 04 . 0 hln响较厚扎件需考虑外端影MPaKnnp784570177. 116

11、8. 1 )(91.207264 .41230.50150022mmBBBlFKH)(1625091.20726784kNFpP15 2519铝合金是热处理强化合金,时效析出相的形貌、大小及分布直接影响材料的性能。 T87为固溶化处理后为增加强度施予断面减缩率约7%的冷作加工,再经过人工时效处理，即T8态。根据相关文献可知最佳时效条件为 1 16565时效硬化特点：时效硬化特点： 右图为2519-T87合金在不同温度下的时效特征曲线。(）从图可以出,165时合金的时效硬化效果最好，且时效过程具有典型的3阶段时效特征,即经历了欠时效、峰值时效和过时效3个阶段。合金时效前的硬度值106HV,随时效

12、时间的延长,合金的显微硬度值逐渐增大,当时效时间达15 h时合金的硬度值达到峰值127HV,继续延长时效时间,合金的硬度值逐渐降低进入过时效阶段。1617关于关于值确定的理论支值确定的理论支持：持： 1944年Zener和Hollomon提出并实验证实了确定钢的高速拉伸实验关系的一种方法即: =(Z,) (1) 其中Z=uexpQ/(RT) (2)式中为高温流变应力;u 为应变速率;为真应变;T为变形温度;R为摩尔气体常数;Z为Ze-ner-Hollomon参数,其物理意义是温度补偿的变形速率因子;Q为热变形激活能,它反映材料热变形的难易程度,也是材料在热变形过程中重要的力学性能参数。 研究表

13、明,Z与之间服从以下关系式: Z=A1sinh()n(3)结合式(2)和式(3)有: u=A1sinh()nexp-Q/(RT) (4)式中A1,d,n均为与温度无关的常数;A为结构因子,s-1;d为应力水平参数,MPa-1;n为应力指数。上述关系式就是由Sellar和Tegart提出的一种为包含变形激活能Q和温度T的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系。众多研究结果表明式(4)能较好地描述常规热变形。 在低应力水平条件下,由于值较小,对式(3)和式(4)中的sinh()进行泰勒级数展开后忽略高次项,可近似得到低应力水平时上述两式的表达式为 Z=An （5） 在高应力水平条件下,可以忽略s

14、inh()中的exp()项,由式(3)和式(4)可得: Z=Aexp() (7) =Aexp()exp-Q/(RT) (8)式中A=A1/2n,=/n。假设2519铝合金高温塑性变形时的, 和T之间关系满足式(4),然后根据式(6)和式(8),求出常数n,和。对式(6)、(8)两边取对数分别可得: ln =lnA-Q/(RT)+nln (9) ln =lnA-Q/(RT)+ (10)由式(9)、(10)可知,当温度一定时,n和分别为ln -ln,ln -曲线的斜率,采用一元线性回归处理,得ln -ln关系曲线,如图2(a)所示,ln -关系曲线如图2(b)所示。相关系数均大于0.98。18关于

15、关于值的确定：值的确定： n值取图2(a)中峰值应力较低,即温度为350、400和450的3条直线斜率的平均值,得到n=11.08,值取图2(b)中峰值应力较高,即温度为300,350,400的3条直线的平均值,得=0.119 69,则=/n=0.010 8 mm2/N假定热变形激活能Q与温度T无关,对式(4)两边分别取对数可得: ln =lnA1-Q/(RT)-nlnsinh() (11) Q=R ln lnsin()T lnsinh() (1/T) (12)根据图1中不同温度下2519合金变形时的峰值应力、应变速率值和所求的值代入式(11),再用最小二乘法线性回归,绘制出相应的lnsinh

16、()-1/T关系曲线,如图3所示;ln -lnsinh()关系曲线如图4所示。式(12)中的第一项代表ln -lnsinh()关系曲线的斜率,第二项代表lnsinh()-1/T关系曲线的斜率。由此,可求得不同温度下变形激活能Q、应力指数n以及材料常数A值,其值分别为:Q=189.83 kJ/mol,n=7.756 3,A=1.4410-14s-1。19关于关于值的确定：值的确定：式(14)得到不同的Z值,再与对应的峰值应力一起代入式(11),用最小二乘法线性回归,绘制相应的lnZ-lnsinh()关系曲线,如图5所示。采用一元线性回归分析可得出两者的关系为:lnZ=33.036+720lnsi

17、nh()。显然2519合金流变应力双曲正弦项的自然对数和Z参数的自然对数间满足线性关系。由此可见,可以用包含Arrhenius项的Z参数描述2519合金高温压缩变形时的流变行为。将所求参数代入方程(4)可得实验合金的应力应变关系方程: =1.441014sinh(0.010 8)7.756 3exp-189.83/(RT)参考文献201李慧中,张新明,陈明安,周卓平. 2519铝合金热变形流变行为J. 中国有色金属学报,2005,04:621-625. 2张新明,李慧中,陈明安,梁霄鹏,李洲,贾寓真. 热处理对2519铝合金应力腐蚀开裂敏感性的影响J. 中国有色金属学报,2006,10:174

18、3-1748. 3李慧中,梁霄鹏,张新明,黄伯云,张传福. 2519铝合金热变形组织演化J. 中国有色金属学报,2008,02:226-230. 4李慧中,梁霄鹏,陈明安,张新明. 冷轧变形量对2519铝合金组织与力学性能的影响J. 材料热处理学报,2008,02:86-89. 5刘瑛,张新明,李慧中,高慧,刘波,李惠杰. 2519铝合金的低温拉伸力学性能J. 中南大学学报(自然科学版),2006,04:641-645. 6洪张飞,国旭明,杨成刚,张劲松,张亚东. 热处理对2519铝合金接头组织及性能的影响J. 材料研究学报,2006,02:171-175. 7李慧中,梁霄鹏,李洲,郭菲菲,张

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