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铝镁铝复合板热轧工艺及其性能研究

铝镁铝复合板热轧工艺及其性能研究

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作者：贺东升太原科技大学

学位级别：硕士

镁合金是现阶段最具发展潜力的轻质合金之一,具有强度高、密度小以及工艺性能好等优势,广泛应用于航空、交通、汽车、电子等各种领域。但是,镁合金抗腐蚀性能差的缺点严重制约着其优势的发展和应用。应用仅次于钢铁的铝合金具有优良的... 详细信息

镁合金是现阶段最具发展潜力的轻质合金之一,具有强度高、密度小以及工艺性能好等优势,广泛应用于航空、交通、汽车、电子等各种领域。但是,镁合金抗腐蚀性能差的缺点严重制约着其优势的发展和应用。应用仅次于钢铁的铝合金具有优良的耐腐蚀性、延展性和韧性。因此采用镁合金包覆铝合金的方式,将6061铝合金板材分别包覆在AZ31B镁合金板材两侧,制备得到的铝/镁/铝对称复合板材可以有效弥补镁合金易腐蚀的缺点,从而提高镁合金层的力学性能。由此可见,铝镁复合板是一种具有广阔应用前景的材料。本文通过理论计算和有限元模拟作为理论指导,采用热轧方法制备了铝/镁/铝三层复合板,并研究了轧制和退火工艺参数对复合板综合力学性能、界面显微结构、界面结合强度及其镁合金微观组织的影响规律。首先,在经典复合板理论的基础上,以镁合金AZ31B作为基层材料,以铝合金6061作为复层材料,推导出了6061/AZ31B/6061复合板的刚度和强度计算公式。分析计算了6061/AZ31B/6061复合板在不同铝合金包覆率下的性能指标,包括:拉伸刚度、弯曲刚度、拉伸强度、弯曲强度和安全系数等指标,确定了复合板具有最佳机械性能时铝合金层的包覆率,为有限元模拟与轧制实验选取的板厚比提供了理论依据。其次,在最佳铝合金包覆率的基础上,使用Deform-3D有限元软件对6061/AZ31B/6061三层复合板的热轧过程进行模拟分析。得到热轧过程中的温度场、应力场以及应变场,并分析不同轧制工艺对复合板结合性能的影响,通过对复合板等效应变和垂直压应力的分析,得到最佳压下率范围,为轧制实验提供理论指导。然后,采用理论计算的最佳铝合金包覆率进行组坯,在模拟计算得到的最佳轧制压下率范围内,在冶金设备设计理论与技术山西省重点实验室的二辊实验轧机上进行了6061/AZ31B/6061三层复合板热轧实验。轧制制备了不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间条件下的复合板。最后,对制备的6061/AZ31B/6061三层复合板进行了力学性能测试、微观形貌和微观组织观察以及残余应力测试。分析得到了不同轧制和退火工艺参数对复合板的力学性能、结合界面扩散层厚度,镁合金微观组织、残余应力的影响规律,为6061/AZ31B/6061三层复合板的实际生产给出指导性建议。

关键词：铝镁铝复合板轧制工艺数值模拟力学性能微观组织形貌残余应力

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