本课题组已开发了过共晶铝铁基合金半固态成形技术,实现了该类合金力学性能的提高,使这种合金的商业应用成为可能。然而,类似于过共晶铝铁类合金的半固态触变行为的研究工作尚未开展,而合金在半固态区间的触变变形行为,对其半固态成形的工艺性和最终合金性能有重要的影响,也是制定成形工艺的主要依据。为此,本文开展了半固态Al-5.5Fe合金压缩变形特性的研究,并对合金的蠕变性能进行了检测,分析了蠕变变形机制,目的是进一步完善该类合金的半固态成形技术。研究结果表明,铝铁基合金在半固态温度压缩变形时,随着变形温度的升高,真应力降低,640℃变形的真应力峰值只有610℃的八分之一左右;随着变形速率的增加,真应力也增大,当应力达到最大值后会发生应变—软化现象;变形程度不同时,随着变形程度的增加,真应力随着增加。合金在不同的变形量、变形温度和变形速率下压缩时,其内部液固两相的流动方式和变形机理是不同的。变形试样中心和边缘区域的变形情况也不同,中心区域固相颗粒的变形程度大于边缘区域。当变形量很小(ε=0.22)时,心部变形机理以液相流动为主,变形程度增大(ε=0.69)变为液固相混合流动机理,当变形程度高(ε=1.79)时,则是固相晶粒相互滑动和塑性变形。而边部以固液相混合流动作用为主。当变形温度升高,心部从固相塑性变形机理变为固液相混合流动与固相粒子滑动机理,而边部则从液固混合机理变为液相流动为主。铝铁基合金对蠕变温度和蠕变应力有较大的敏感性。在试验温度为200℃、250℃、300℃,蠕变应力为30MPa、50MPa、70MPa、80MPa、100MPa条件下,Al-5.5Fe合金的稳态蠕变速率均符合半经验公式ε=Aσnexp(-Qa/RT)。Al-5.5Fe合金的应力指数n平均值为6.012,表观激活能Qa为229.72KJ/mol。
第一章 绪论 10-22
1.1 Al-Fe 耐热铝合金的研究现状 10-16
1.1.1 耐热Al-Fe 合金概况 11-12
1.1.2 快速凝固技术制备Al-Fe 基耐热铝合金 12-14
1.1.3 离心铸造法制备Al-Fe 基合金梯度功能材料 14-16
1.2 半固态成形技术研究现状 16-20
1.2.1 半固态成形概念 16-17
1.2.2 电磁搅拌法制备非枝晶坯料 17
1.2.3 二次加热目的 17-18
1.2.4 半固态成形的研究及对合金组织的影响 18
1.2.5 半固态成形技术国内外应用现状 18-20
1.3 本课题研究的意义及内容 20-22
第二章 实验材料及方法 22-26
2.1 实验材料 22
2.2 实验设备 22-23
2.3 半固态压缩实验 23-24
2.3.1 半固态压缩实验试样的制备及实验方法 23-24
2.3.2 半固态压缩试验试样的组织分析 24
2.4 蠕变性能测试实验 24-26
2.4.1 蠕变试样制备及实验方法 24-25
2.4.2 蠕变实验设备 25
2.4.3 蠕变试样的组织分析 25-26
第三章 实验结果与分析 26-57
3.1 Al-5.5Fe 合金电磁搅拌态组织 26-27
3.2 Al-5.5Fe 合金二次加热组织演变 27-28
3.3 Al-5.5Fe 合金半固态压缩变形特性 28-32
3.3.1 变形温度对半固态Al-5.5Fe 合金变形特性的影响 28-29
3.3.2 变形速率对半固态Al-5.5Fe 合金变形特性的影响 29-31
3.3.3 变形程度对半固态Al-5.5Fe 合金变形特性的影响 31-32
3.4 Al-5.5Fe 合金半固态压缩的组织演变 32-38
3.4.1 压缩后的外观形貌 32-33
3.4.2 变形量对组织的影响 33-36
3.4.3 变形温度对组织的影响 36-37
3.4.4 变形速率对组织的影响 37-38
3.5 半固态 Al-5.5Fe 合金压缩变形机制的讨论 38-42
3.6 半固态挤压 Al-5.5Fe 合金的蠕变性能 42-57
3.6.1 Al-5.5Fe 合金的蠕变曲线 42-44
3.6.2 合金的第一阶段的蠕变量 44-45
3.6.3 合金的稳态蠕变速率和总蠕变量 45-48
3.6.4 合金蠕变机制探讨 48-49
3.6.5 Al-5.5Fe 合金蠕变断口形貌及其组织分析 49-57
第四章 结论 57-58
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