5083細晶鋁合金的熱變形行為和多層結構成形工藝研究.pdf

1、超塑成形/擴散連接組合技術在鈦合金多層構件制造方面取得了發(fā)展，但僅就航空航天領域而言，還存在巨大的發(fā)展空間，在技術推動和需求牽引的雙重作用下，開發(fā)現有材料的超塑性和其它連接技術與超塑成形的組合技術研究在宇航結構制造領域具有極其重要的意義。在滿足現代飛行器性能要求的前提下開發(fā)鋁合金的多層結構即可降低制造成本又可減輕重量。但由于鋁合金的氧化膜問題使其不容易進行擴散連接，因而通過超塑成形/擴散連接成形鋁合金的多層結構就比較困難。
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2、083鋁合金是典型的Al-Mg系合金，具有高的物理性能和機械強度，并有優(yōu)良的可加工性、抗腐蝕性、可焊接性及低廉的價格等優(yōu)點，因此被廣泛應用于航天、航空，船舶等行業(yè)。本文以該合金為研究材料，嘗試著采用激光連接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的擴散連接并結合超塑成形的組合技術成形鋁合金的多層結構。為此，本文詳細地對5083鋁合金的超塑性及其變形機理、熱成形性能、激光焊接性能等方面進行了研究，確定了使該合金獲得良好熱變形性能和焊接性能的工藝條件，從而為激光連接+超塑

3、成形(LBW+SPF)組合技術成形鋁合金的多層結構的發(fā)展和應用提供了可靠的依據。
　　初始的商業(yè)5083鋁合金板晶粒比較粗大，其平均晶粒尺寸遠大于10μm，通過熱機械處理法獲得了平均晶粒尺寸為3μm的細晶板。采用透射電鏡對細晶5083在150～300℃溫度范圍內的退火組織演變進行了研究。確定了對組織超塑性有利的合適的退火溫度為250℃。對細晶5083鋁合金在溫度為380～570℃和應變速率為4.17×10-4～1.0×10-2s-

4、1的范圍內進行了單向拉伸實驗，結果表明：在同一應變速率下，溫度在380～550℃范圍時，材料的延伸率隨著溫度的升高而不斷增大；當溫度升高到550℃時，材料的延伸率達到最大值530％；但當溫度繼續(xù)升高到570℃時延伸率反而下降；在同一溫度下，材料的延伸率隨著應變速率的降低而增大。同時，計算了不同溫度和應變速率下的應變敏感指數m值。通過金相顯微鏡和掃描電鏡觀察并分析了超塑變形過程中的液相行為和空洞行為。
　　為了進一步考察細晶5083

5、鋁合金的成形性能，對其進行了非等溫拉深實驗。研究了不同凹模溫度、拉深速度以及壓邊間隙對該合金非等溫拉深成形性能的影響，確定了使該鋁合金具有最佳拉深性能的工藝參數。結果表明：在200～300℃的溫度范圍內，細晶5083鋁合金薄板的極限拉深比(LDR)隨凹模溫度的升高而明顯增大，當凹模溫度達到275℃時, LDR達到最大值2.9；當在較佳的凹模溫度和不同的拉深速度下進行拉深時，細晶5083鋁合金非等溫拉深工藝在一定的拉深速度范圍內對應變速率

6、不敏感，當拉深速度≤2mm/min時均能拉深成功。
　　利用3kW的CO2激光器對細晶5083鋁合金薄板進行了激光穿透焊實驗研究，接頭分別采用對接和搭接兩種形式。實驗結果得出了兩種接頭下的最佳焊接工藝參數和接頭的顯微硬度分布規(guī)律。對對接焊試樣進行高溫拉伸結果表明：焊縫強度高于母材，破壞位置出現在母材一側。對對接焊板材在500℃進行了自由脹形實驗，得到了相對脹形高度為0.59的脹形件。對搭接焊試樣進行拉伸結果表明：搭接焊試樣在室溫下

7、的抗拉強度為186Mpa，約為非細晶母材在室溫拉伸時的64%；而在500℃時搭接焊試樣的抗拉強度約為細晶母材的91%。
　　根據對細晶5083鋁合金搭接激光穿透焊的研究結果，采用獲得的最佳焊接工藝參數(激光功率1200kW，焊接速率2mm/min，離焦量0，氬氣保護)對不等厚的細晶5083鋁合金板按照設計好的連接位置進行激光連接成多層結構，然后采用氬弧焊對多層結構進行封邊并留出氣道，最后利用超塑成形工藝成形了細晶5083鋁合金的三