2024鋁合金半固態(tài)觸變成型研究開題報(bào)告.doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：2024鋁合金半固態(tài)觸變成形研究系（部）材料工程系專業(yè)材料成型及控制工程學(xué)生孫文龍學(xué)號(hào)1089522107班號(hào)0985221指導(dǎo)教師陳剛開題報(bào)告日期2011.10.21哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院說明一、開題報(bào)告應(yīng)包括下列主要內(nèi)容：1通過學(xué)生對(duì)文獻(xiàn)論述和方案論證，判斷是否已充分理解畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容和要求2進(jìn)度計(jì)劃是否切實(shí)可行；3是否具備畢業(yè)設(shè)計(jì)所要求的基礎(chǔ)條件。4預(yù)計(jì)研究過程中可能遇到的困難和問題，以及解決的措施；5主要參考文獻(xiàn)。二、如學(xué)生首次開題報(bào)告未通過，需在一周內(nèi)再進(jìn)行一次。三、開題報(bào)告由指導(dǎo)教師填寫意見、簽字后，統(tǒng)一交所在系（部）保存，以備檢查。指導(dǎo)教師評(píng)語：指導(dǎo)教師簽字：檢查日期：1課題研究的目的和意義1.1研究目的近些年來，由于軍工和民用工業(yè)現(xiàn)代化和輕量化的需要以及鋁合金自身的特點(diǎn)，以鋁代鋼的要求日益迫切，鋁合金已成了各個(gè)工業(yè)部門機(jī)械零件必不可少的材料，有關(guān)其成形的新工藝也不斷出現(xiàn)，金屬的半固態(tài)觸變成形工藝就是其中之一。半固態(tài)觸變成形可以利用壓鑄、擠壓、模鍛等常規(guī)工藝進(jìn)行加工成形，也可以用其他特殊的加工方法成形為零件，因此該工藝是一種具有潛在應(yīng)用前景的新型金屬加工工藝。2024鋁合金為硬鋁中的典型合金，其成分比較合理，綜合性能較好，是硬鋁中用量最大。目前主要采用鍛造加工方法，但材料利用率較低，成本較高；而采用鑄造技術(shù)不能滿足其高力學(xué)性能的使用要求。本課題擬采用半固態(tài)觸變成型技術(shù)，進(jìn)行2024鋁合金的觸變成型研究。1.2研究意義鋁合金的傳統(tǒng)的加工方法一般為鑄造方法和鍛壓方法。鍛壓能夠保證零件的高強(qiáng)度，但是由于加工方法的限制，一般不能生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，特別是薄壁件；鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，但力學(xué)性能較低。目前薄壁零件的生產(chǎn)方式尚為傳統(tǒng)的鍛坯-機(jī)械加工的生產(chǎn)方式，但由于機(jī)械加工生產(chǎn)復(fù)雜零件時(shí)材料利用率不高（只有10），產(chǎn)品質(zhì)量不夠好，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，因此該種工藝也不能滿足現(xiàn)在大批量、低成本的生產(chǎn)要求；為了保證在高質(zhì)量的前提下經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出該零件，需要尋找新的生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)。半固態(tài)加工方法是一種新型材料成形方法，這種方法是當(dāng)合金坯料處于液態(tài)與固態(tài)共存時(shí)，對(duì)其施加壓力使之在模具中成形的工藝方法。半固態(tài)成形技術(shù)加工溫度低（與鑄造相比），變形抗力?。ㄅc鍛壓相比），因此可以說，鑄造的成形性與鍛件的機(jī)械性能在半固態(tài)金屬成形技術(shù)中實(shí)現(xiàn)了完美的統(tǒng)一。因此，鋁合金的半固態(tài)成形已成為近些年金屬材料成形研究的熱點(diǎn)之一。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握半固態(tài)觸變成形技術(shù)的基本成型技術(shù)的基本原理，研究不同的成形工藝參數(shù)對(duì)制作微觀組織和力學(xué)性能的影響，探索2024鋁合金半固態(tài)觸變成形的最佳工藝參數(shù)。2半固態(tài)加工技術(shù)2.1半固態(tài)加工的概念半固態(tài)金屬加工是金屬在凝固過程中，進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌或通過控制凝固條件，抑制樹枝晶的生成或破碎所生成的樹枝晶，形成具有等軸、均勻、細(xì)小的初生相均勻分布于液相中的懸浮半固態(tài)漿料，這種漿料在外力的作用下，即便固相率達(dá)到60%仍具有較好的流動(dòng)性。可以利用壓鑄、擠壓、模鍛等常規(guī)工藝進(jìn)行加工成形，也可以用其他特殊的加工方法成形為零件。這種既非完全液態(tài)，又非完全固態(tài)的金屬漿料加工成形的方法，稱為半固態(tài)金屬加工技術(shù)，簡稱SSM。半固態(tài)加工的主要成形手段有壓鑄和鍛造，此外也有人試驗(yàn)用擠壓和軋制等方法。其工藝路線主要有兩條：一條是將攪拌獲得的半固態(tài)漿料在保持其半固態(tài)溫度的條件下直接成形，通常被稱為流變鑄造（Rheo-casting）；另一條是將半固態(tài)漿料制備成坯料，根據(jù)產(chǎn)品尺寸下料，再重新加熱到半固態(tài)溫度成形，通常被稱為觸變成形（Thixoforming）圖2-1半固態(tài)金屬加工的兩種工藝流程2.2半固態(tài)加工的主要工藝過程2.2.1流變成形（Rheocasting）流變成形又稱流變鑄造（Rheocasting）是將經(jīng)過攪拌等特殊工藝獲得的半固態(tài)漿料直接進(jìn)行半固態(tài)成形。由于半固態(tài)金屬漿料的保存和傳輸很不方便，因而這種成形方法投入實(shí)際使用的較少，但流變成形工藝流程短、設(shè)備簡單、節(jié)省能源，仍然是未來金屬半固態(tài)成形的一個(gè)重要發(fā)展方向。與普通鑄造相比，流變鑄造有許多優(yōu)點(diǎn)：晶粒細(xì)小、偏析減少、結(jié)構(gòu)分布均勻、減小了收縮、微縮孔和裂紋、改善了鑄件的機(jī)械性能。日本學(xué)者最近在此方向進(jìn)行了有益的探索，該工藝的半固態(tài)金屬漿料是利用電磁攪拌直接在射室中制備，然后將其擠入模具型腔成形，Al-7%Si-0.3%Mg半固態(tài)成形件的性能比液態(tài)擠壓鑄件的性能高，而與半固態(tài)金屬觸變成形件的性能相當(dāng)。機(jī)械攪拌是實(shí)現(xiàn)流變鑄造的簡單有效方法，但有其不足之處，如在剪切速率低的死區(qū)中，懸浮液粘度大，容易得到粗大的晶粒而使結(jié)構(gòu)不均勻；另外，作為攪拌器的金屬直接接觸半固態(tài)金屬，會(huì)使其受到污染，如果采用電磁攪拌技術(shù)則可以避開這些缺點(diǎn)。Winter等設(shè)計(jì)了能生產(chǎn)直徑從38mm到152mm鋁合金錠的電磁流變鑄造系統(tǒng)，由一個(gè)兩極多相的電機(jī)定子在半固態(tài)金屬中生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)現(xiàn)攪拌的目的。電磁攪拌器直接安裝在普通連鑄的模子上，得到平均晶粒直徑為30m數(shù)量級(jí)的鋁合金鑄錠。對(duì)于鑄速大于2m/min，當(dāng)鑄錠的斷面尺寸較大時(shí)，細(xì)化效果也不是很明顯2.2.2觸變成形（Thixoforming）觸變成形是將經(jīng)攪拌等特殊工藝獲得的半固態(tài)坯料冷卻凝固后，按照所需要的尺寸下料，再重新加熱至半固態(tài)溫度，然后放入模具型腔中進(jìn)行成形的方法。由于在觸變成形時(shí)，半固態(tài)金屬坯料的加熱、傳輸很方便，成形過程容易控制，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的生產(chǎn)。因此，此方法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。半固態(tài)金屬的觸變成形可以分為幾種：一是觸變鑄造(Thixoforming)，其成形設(shè)備是壓力機(jī)；二是觸變鍛造(Thixoforging),其成形設(shè)備是壓力機(jī)；三是觸變軋制，其成形設(shè)備是軋機(jī)；四是觸變擠壓，其成形設(shè)備是擠壓機(jī)。以上成形方法的前兩種工藝是目前實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)成熟的工藝，而后兩種工藝尚不成熟。(1)觸變鑄造(Thixocasting)觸變鑄造是指把經(jīng)在固-液溫度間攪拌的金屬先制成非枝晶錠料，然后根據(jù)所作零件的大小截成小的坯料，再將坯料重新加熱到半固態(tài)溫度后壓入模具的方法。用該方法可以將非枝晶錠料的制備和成形完全分開，便于組織生產(chǎn)，而且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，因而觸變鑄造是目前半固態(tài)成形技術(shù)中應(yīng)用最多的方法。(2)觸變鍛造(Thixoforging)觸變鍛造和觸變鑄造相似，不同之處在于：觸變鑄造是將半固態(tài)坯料由壓力機(jī)的壓頭壓入已合型的模具中，觸變鍛造是將半固態(tài)金屬先置于一半開型的模具中，另一半模具有壓力機(jī)帶動(dòng)完成合型，坯料主要發(fā)生壓縮變形而形成所需形狀。觸變鍛造可以成形變形抗力較大的高固相分?jǐn)?shù)的半固態(tài)材料，并能生產(chǎn)一般鍛造難以達(dá)到的復(fù)雜形狀零件，適合于高熔點(diǎn)金屬的半固態(tài)成形。并且顯著減少了工藝環(huán)節(jié)，降低了加工成本，耗能少、切削量小、材料的利用率高。(3)觸變軋制(Semi-Solidrolling)半固態(tài)軋制的主要目的是生產(chǎn)高質(zhì)量的板材。其方法可分為流變軋制和觸變軋制。流變軋制是指將經(jīng)攪拌的半固態(tài)漿料直接送入軋輥中進(jìn)行軋制，而觸變軋制是將預(yù)先制好的非枝晶錠料重新加熱到半固態(tài)溫度后，再送入軋輥中。與觸變鑄造和流變鑄造相似，觸變軋制的優(yōu)點(diǎn)是坯料的生產(chǎn)和軋制可以獨(dú)立進(jìn)行；流變軋制省去了錠料的凝固和再加熱過程，縮短了生產(chǎn)周期，減少了能耗，可以連續(xù)的生產(chǎn)板材。目前，半固態(tài)軋制存在的主要問題是當(dāng)固相分?jǐn)?shù)小于0.7時(shí)，因液-固相流動(dòng)會(huì)引起組織不均勻。觸變擠壓(Thixo-extrusion)觸變擠壓是將半固態(tài)金屬坯料移入擠壓模腔內(nèi)，然后通過模具擠出成形。觸變擠壓的優(yōu)點(diǎn)有：擴(kuò)大了復(fù)雜件的成形范圍，改善了產(chǎn)品的成形性，無鍛壓效應(yīng)（無織構(gòu)），Al、Mg輕質(zhì)高強(qiáng)合金、MMC及鋼等都可以擠壓成形（如復(fù)雜的幾何形狀、薄壁構(gòu)件等）。2.3半固態(tài)加工技術(shù)特點(diǎn)半固態(tài)金屬(合金)的內(nèi)部特征是固液相混合共存，在晶粒邊界存在金屬液體。半固態(tài)金屬的金屬和力學(xué)性能主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)。(1)由于固液共存，在兩者界面熔化、凝固不斷發(fā)生，產(chǎn)生活躍的擴(kuò)散現(xiàn)象。因此溶質(zhì)元素