鋁鎢合金粉末棒材擠壓成形基礎(chǔ)研究.pdf

1、鋁合金由于其密度低、耐腐蝕和良好的加工性能，在海洋、航空和汽車工業(yè)等不同領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。隨著科學技術(shù)、國防建設(shè)和人民生活水平的不斷提高，對于具有高強度、耐磨損、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)良性能鋁合金的需求不斷增加。作為一種新型結(jié)構(gòu)材料，Al-W合金兼?zhèn)滗X和鎢的綜合性能，具有極大的應(yīng)用潛能，并有望成為新一代合金裝甲材料和航空航天發(fā)動機的結(jié)構(gòu)材料。Al-W合金粉末成形是鋁鎢合金產(chǎn)業(yè)化亟需解決的關(guān)鍵課題。
　　本文首次采用Al-W的超固

2、溶體合金粉末通過冷壓、熱壓制坯，二次加熱進行擠壓成形的加工工藝，并對鋁鎢合金粉末棒材擠壓成形進行研究，為合理制定Al-W粉末合金塑性成形工藝提供理論依據(jù)。
　　合金粉末的質(zhì)量是影響壓制體致密度的關(guān)鍵因素，在一定程度上影響制件的最終結(jié)構(gòu)和性能。本文采用等離子體發(fā)射光譜儀、場發(fā)射掃描電鏡對Al-W合金粉末進行分析，確定Al-W合金粉末為高純度的微米粉末;合金粉末的松裝密度小，故成形性好，壓縮性差，為選擇壓制壓力提供了參考。
　　

3、在粉末壓制理論分析的基礎(chǔ)上，通過冷壓和熱壓模具設(shè)計及工藝參數(shù)優(yōu)選，制造出低成本、合適致密度的粉末棒材坯，得到冷壓制和熱壓制兩個工藝過程的主要工藝參數(shù)。經(jīng)測定，壓制坯的相對密度達到94.3％，硬度達到23.9HRB。
　　針對Al-W合金壓制坯，借助于熱模擬壓縮實驗、光學金相顯微分析、掃描電鏡和能譜分析、硬度測試等研究手段，系統(tǒng)研究了不同變形參數(shù)下合金的流變行為，構(gòu)建了Al-W合金本構(gòu)方程;基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立鋁鎢合金本構(gòu)關(guān)系模型。

4、在該模型中，輸入變量是應(yīng)變，應(yīng)變速率和變形溫度，輸出變量為流變應(yīng)力。結(jié)果表明流變應(yīng)力的預(yù)測值的實驗值的絕對誤差小于10.0MPa，相關(guān)系數(shù)達到0.997。與傳統(tǒng)方法相比，這種本構(gòu)關(guān)系模型的測試數(shù)據(jù)可以為描述整個變形過程提供一個很好的代表性;獲得了Al-W合金基于動態(tài)材料模型的熱加工圖，發(fā)現(xiàn)該種材料具有三個峰值能量耗散區(qū)域:(1)溫度450℃～480℃，應(yīng)變速率0.001s-1;(2)溫度490℃～520℃，應(yīng)變速率0.1s-1，(3)溫

5、度530℃～570℃，應(yīng)變速率0.001s-1～0.1s-1;結(jié)合生產(chǎn)實際情況，建議優(yōu)先選擇變形溫度530℃～570℃，應(yīng)變速率為0.01s-1～0.1s-1范圍內(nèi)的工藝參數(shù)，為Al-W合金的實際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。
　　為了研究擠壓參數(shù)對Al-W合金棒材組織和性能的影響，本文進行了不同溫度、不同擠壓比的擠壓變形實驗。結(jié)果表明:(1)致密度方面:擠壓溫度的升高提高了粉末的流動性，有利于填充顆粒之間的空隙;擠壓比的增加促進了擠壓過

6、程中的體積變形和塑性變形，有利于消除坯料的內(nèi)部空隙。因此，高溫和大擠壓比可以提高合金的致密度，在一定程度上驗證了熱壓坯料壓縮實驗的正確性。(2)微觀組織方面:在一定范圍內(nèi)升高擠壓溫度，試樣在擠壓過程中發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象，晶粒得到顯著細化;擠壓比的增加使合金變形程度增大，變形流線細密，晶粒細化，因此在擠壓溫度540℃，擠壓比35時得到平均晶粒最小的擠壓態(tài)Al-W合金，其平均晶粒小于5μm。(3)力學性能方面，由于擠壓過程中發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，