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铝合金板料接触加热工艺及装备研究

铝合金板料接触加热工艺及装备研究

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作者：耿会程华中科技大学

学位级别：硕士

随着人们对环保和能源重视的不断加强,推进汽车轻量化以实现节能减排显得尤为重要。铝合金出色的综合性能使其在汽车轻量化中有着广阔的应用前景,同时可热处理强化铝合金板料的热冲压技术的应用,有效解决了高强度铝合金在室温成形时回... 详细信息

随着人们对环保和能源重视的不断加强,推进汽车轻量化以实现节能减排显得尤为重要。铝合金出色的综合性能使其在汽车轻量化中有着广阔的应用前景,同时可热处理强化铝合金板料的热冲压技术的应用,有效解决了高强度铝合金在室温成形时回弹变形大、延展性较差等问题,开拓了铝合金在汽车零件中的应用范围。铝合金热冲压工艺的实现离不开对板料的加热以完成固溶及时效处理。接触加热工艺可以有效弥补传统加热炉加热效率较低的问题,提高热冲压的效率。本文设计并加工了接触加热试验装置,以7075铝合金为研究对象,对接触加热装备的加热特性进行了研究,探索了接触加热温度、时间对材料性能的影响,同时采用相场法对Al-Zn-Mg-Cu合金中η′相的析出动力学行为进行了研究。通过有限元仿真,对接触加热装置的功率及结构参数进行了设计,分析了加热孔直径、加热孔间距及加热孔到模面距离等结构参数对装置加热面温度均匀性的影响。并结合传热学、控制工程学等,设计并制造了用于铝合金板料加热的接触加热试验装置。对接触加热装置的加热特性进行了研究,发现装置加热区域由于存在较大的辐射及对流散热,使其模面温度略低于设定温度。通过板料的接触加热实验,发现装置可以在15 s内将2 mm厚的铝板加热至目标温度附近,且随着设定的目标温度的升高,板料加热所需时间略有上升。在接触加热试验装置上进行了7075铝合金接触加热快速固溶实验,研究了接触加热温度、时间对铝合金力学性能及组织的影响。实验结果表明,接触加热工艺可以使7075铝合金固溶处理所需时间缩短至15-20 s,且不会造成材料力学性能的损失。同时通过接触加热方法对7075铝合金时效工艺的优化进行了探索,采用接触加热方法对铝合金在120 C预时效2 min以上,并配合模拟烤漆处理,可以在损失较小力学性能的同时有效缩短材料的时效时间。采用相场法对Al-Zn-Mg-Cu合金中η′相的生长动力学过程进行了研究。同时在仿真中耦合了成分场及应力场,使仿真结果更加准确。仿真结果表明,时效时溶质元素较小的扩散速度限制了η′相的生长速度。但在二维平面上,η′相呈板状生长,其两侧的溶质可以不断向其生长界面扩散,从而使时效过程中η′相的生长速度随时效时间的延长下降很小。

关键词：铝合金热冲压接触加热温度均匀性快速固溶时效相场法

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