鋁合金因具有質量輕、比強度高、加工性好、 可焊接和耐腐蝕等優良性能而備受工業界的青 睞。 其中6061 鋁合金因具有優良的力學性能。 隨著材料加工向高速、節能、連 續化方向發展, 高速變形的應用將越來越廣。 作 為一種很重要的結構材料,其室溫的力學性能數 據可從相關資料和手冊中查到,但其高溫塑性 變形時的流變應力、 變形特征和成形性指標等還 缺乏深入研究 。 本文旨在通過等溫軸對稱熱壓 縮模擬實驗確定 6061 鋁合金高溫塑性變形時流 變應力與變形條件(變形溫度、應變速率)之間的 關系,以及熱變形過程中的微觀組織結構的變化 規律及其影響因素,為進一步合理制定 6061 合金 的熱加工工藝方案, 實現有限元模擬及其組織與 性能之間的關系提供理論依據
鋁合金具有比強度高、易變形等優良性能,在航空航天、交通、通訊、計算機和家電等方面有廣泛的應用。熱塑性成形可以改善零件的微觀組織,是制造高性能鋁合金零件的重要方法。為了提高鋁合金零件的力學性能,人們對鋁合金熱變形性能、微觀組織演化規律以及熱塑性成形和超塑性成形工藝方面進行了很多研究。值得注意的是,在大多數材料科學研究論文給出的只是一些金相照片以及據此給出的微觀組織演化規律的定性描述。在計算技術迅速發展的今天,為了開展塑性成形工藝數值模擬和微觀組織演化的預測,更希望給出材料高溫力學性能和微觀組織演化規律的定量描述。
現有研究可通過圓柱體單向高溫壓縮實驗和金相實驗方法研究了鋁合金6061的高溫變形的力學性能和微觀組織演化規律,并通過試驗數據擬合給出了這些規律的定量描述,為鋁合金熱塑性成形工藝的數值模擬和工藝參數確定提供基礎數據。
熱壓縮實驗在MTS材料實驗機上進行,試樣在高溫爐內加熱和變形,計算機按預定程序自動控制實驗機的卡頭運動和加熱爐內溫度并自動采集實驗的載荷、位移和溫度數據。每個試樣變形前在加熱爐內均溫十分鐘。變形結束后快速取出淬水以保存變形時的微觀組織。用線切割方法垂直軸線剖分變形后試樣,在光學顯微鏡下觀察微觀組織。通常情況下取試樣變形最大的中心部位進行微觀組織觀察。
鋁合金6061的真應力應變曲線表現出典型的單峰性動態再結晶形狀;曲線的峰值應力、峰值應變、穩態應力、穩態應變都隨Z參數增加而增加;該曲線與普通單峰型曲線不同之處值得進一步研究。在大應變時出現應力隨應變上升,可能的原因是摩擦力影響和再結晶新晶粒內的位錯積累;在應變速率=1s-1條件下,應力應變曲線在小變形時期呈多峰型,目前尚不了解其微觀機理。
在描述動態再結晶特征的再結晶體積分數和各種晶粒度的演化規律基本符合動態再結晶的一般規律。它們隨Z參數和應變的改變而變化。再結晶晶粒度、未再結晶晶粒度、再結晶體積分數和最大晶粒度差都與Z參數相關性較好,但是平均晶粒度與Z參數的相關性稍差,這說明平均晶粒度演化過程與變形條件之間具有非常復雜的關系,僅從平均晶粒度演化數據不能獲取完整的再結晶規律。