鋁合金的微觀組織是決定其綜合性能的主要因素,在熱變形過程中,材料在熱力耦合作用下,微觀組織結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,形成新的變形組織,通常會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。影響微觀組織演變的因素主要有變形溫度、變形速率和變形量。因此,如何通過控制熱變形參數(shù),來達到精確調(diào)控微觀組織及提高材料綜合性能的目的,已成為材料加工領(lǐng)域的重點研究方向。現(xiàn)代航空工業(yè)對高性能鋁合金的綜合性能提出了更高的要求,飛機上所用的鋁合金大鍛件在成型過程中,成性的重要性遠大于成型。通過研究熱變形過程中的組織演變規(guī)律來精確調(diào)控材料的微觀組織,對提高材料的綜合性能具有重要的意義。近年來,隨著計算材料學(xué)的快速發(fā)展,通過建立數(shù)學(xué)模型來模擬材料的熱變形行為已成為一種重要的研究手段。本文以7085鋁合金為研究對象,通過位錯密度將微觀組織演變與宏觀變形過程聯(lián)系起來,建立了模擬7085鋁合金初始組織生成和動態(tài)再結(jié)晶過程的元胞自動機模型,實現(xiàn)了 7085鋁合金熱變形過程的微觀組織模擬,并通過實驗進行驗證。參考鋁合金熱變形實驗的工藝參數(shù),確定了熱模擬實驗的工藝參數(shù)范圍,實驗溫度范圍為300～460°C、變形速率范圍為0.001～1s-1,應(yīng)變范圍為0.51～1.5。在Gleeble-1500熱模擬實驗機上,對7085鋁合金開展等溫壓縮實驗,獲得了應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并對變形后的試樣進行組織分析,統(tǒng)計平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù)。研究了 7085鋁合金在不同熱變形條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和組織演變規(guī)律。根據(jù)晶粒長大的物理機制,制定了四條元胞轉(zhuǎn)變規(guī)則,建立了模擬晶粒正常長大的元胞自動機模型。該模型可以根據(jù)輸入的平均晶粒直徑輸出對應(yīng)的初始組織,晶粒的形狀為等軸狀,晶粒尺寸基本符合正態(tài)分布。對均勻化試樣進行組織分析,結(jié)果證實,模擬得到的初始組織與實驗得到的組織吻合較好�；谖诲e密度的分布函數(shù)和動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)方程,以位錯密度的大小為判據(jù),建立了動態(tài)再結(jié)晶元胞自動機模型,該模型可以再現(xiàn)再結(jié)晶晶粒的形核和長大過程。采用MATLAB語言開發(fā)組織模擬核心程序,采用Python語言開發(fā)統(tǒng)計晶粒尺寸的腳本程序。利用該模型模擬了不同熱變形參數(shù)下的組織演變,并統(tǒng)計變形后組織的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù),然后用組織分析得到的平均晶粒直徑對模型進行修正。用修正后的模型研究了變形溫度、變形速率、變形量對7085鋁合金微觀組織演變的影響。采用Gleeble等溫壓縮實驗對模擬結(jié)果進行了驗證。研究結(jié)果表明:該模型能很好地模擬7085鋁合金熱變形過程中組織的演變過程,模擬得到的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù)與組織分析統(tǒng)計得到的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù)變化趨勢一致,可以實現(xiàn)對7085鋁合金熱變形過程中動態(tài)再結(jié)晶過程的模擬及平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù)的預(yù)測,根據(jù)模擬結(jié)果可為優(yōu)化熱變形工藝參數(shù)提供參考。
【學(xué)位單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.21
【部分圖文】：

為了降低飛機自身的結(jié)構(gòu)重量，鋁合金在航空工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，飛機上大約??有７０％的零件采用鋁合金制造。鋁合金因為具有密度低、比強度高、可焊接、成形性??好、回收率高等優(yōu)點，使得鋁合金成為了一種較為理想的航空制造材料［４］。圖１．１是??美國鋁業(yè)公司公布的鋁合金鍛件在Ｆ－３５上的應(yīng)用，從圖中可以看出，飛機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)??件隔板、翼梁和翼助都是采用鋁合金鍛件制造。鋁合金制造的零件在飛機、高鐵和船??舶上的應(yīng)用將會越來越多，鋁合金己經(jīng)成為交通運輸行業(yè)中不可缺少的材料之一。采??用鋁合金制造的結(jié)構(gòu)件具有以下幾個優(yōu)點：一、減重和節(jié)能效果好。鋁合金的密度只??有鋼的１／３，且導(dǎo)熱性能好，表面生成的氧化膜能耐腐蝕。二、鋁合金方便回收。因??為鋁合金零件在使用過程中幾乎不發(fā)生腐蝕，所以鋁合金的回收率是很高的。因此，??、?未來鋁合金市場需求巨大。下面詳細介紹７ｘｘｘ系鋁合金的研究現(xiàn)狀。??１??

驗材料與實驗方法??研究技術(shù)路線圖??通過參考７０８５鋁合金實際熱加工過程的工藝參數(shù)范圍確定模擬和實驗的工圍。將７０８５鋁合金鑄錠經(jīng)充分均勻化后機加工成熱壓縮試樣，在不同熱變進行熱壓縮實驗。通過熱壓縮實驗可以獲得應(yīng)力－應(yīng)變曲線，對熱壓縮后的組織分析可以獲得變形試樣的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù)。建立初始組織生動態(tài)再結(jié)晶模型，通過組織分析統(tǒng)計變形前試樣的平均晶粒直徑，并將其輸織生產(chǎn)模型，模擬輸出變形前的初始組織。將初始組織和變形參數(shù)輸入動態(tài)型，模擬熱變形過程中的組織演變，并對最終的變形組織進行統(tǒng)計分析，得的平均晶粒直徑和再結(jié)晶分數(shù)。將實驗數(shù)據(jù)分為兩類：一類用于修正模型，驗證模型。??熔鑄７０８５鋁合金??

?０．１３?Ｂａｌ．??標準?０．０４?１．３－２．０?０．０８?０．０４?１．２￣１．８?０．０６?０．０６?７．０－８．０?０．０８？０．１５?Ｂａｌ．??如圖２．２所示，扁錠尺寸為１７５?ｍｍ?ｘ?２５５?ｍｍ?ｘ?４０ｍｍ。由于扁錠尺寸較大，在??均勻化的過程中容易導(dǎo)致表面和心部受熱不均勻，淬火過程中表面和心部冷卻速度相??差較大。為了使試樣均勾化程度更充分，在扁淀靠中間位置取①１２?ｍｍ?ｘ?２５５?ｍｍ的??長圓柱試樣進行均勻化，均勾化后將其加工成①１０?ｍｍ?ｘ?１５?ｍｍ的熱壓縮試樣。??１７５?ｍｍ?ｘ?２５５?ｎｉｍ?ｘ?４０?ｍｍ?０１２?ｍｉｎ?ｘ?２５５?ｍｉｎ?０１?〇?ｍｎｉ?ｘ?１５?ｎｉｍ??圖２．２熱壓縮試樣制備示意圖??２．２．２均勻化熱處理??均勻化熱處理的實驗設(shè)備為馬弗爐，均勻化之前在扁錠中央取樣做ＤＳＣ實驗，??ＤＳＣ曲線如圖２．３所示。起始點溫度為４７２．４°Ｃ，為了防止過燒，選用的均勻化溫度??為４６８?°Ｃ，均勻化時間為３６ｈ。均勻化過程中，用熱電偶對爐溫進行實時監(jiān)控，溫度??控制在４６８?°Ｃ±２?°Ｃ范圍內(nèi)。為了防止析出相的產(chǎn)生，均勻化熱處理完畢后，迅速將??１４??
【參考文獻】

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本文編號：2837387