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1、哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要铝及其合金是有色金属中用途较广的轻金属之一，具有高的比强度、比刚度、塑性好、导电与导热性好、且具有较好耐蚀性，是制造航天和航空装备的理想材料。近些年来，由于军工和民用工业现代化和轻量化的需要以及铝合金自身的特点，以铝代钢的要求日益迫切，铝合金已成了各个工业部门机械零件必不可少的材料，有关其成形的新工艺也不断出现，金属的半固态触变成形工艺就是其中之一。半固态触变成形可以利用压铸、挤压、模锻等常规工艺进行加工成形，也可以用其他特殊的加工方法成形为零件，因此该工艺是一种具有潜在应用前景的新型金属加工工艺。2024铝合金为硬铝中的典型合金，其成分比较
2、合理，综合性能较好，是硬铝中用量最大。本文以2024 铝合金为研究对象，通过再结晶与重熔法（RAP法）制造半固态坯料，研究不同的坯料加热温度、成形压力、成形速率对半固态组织的影响，制定出适用于2024铝合金半固态触变成形的最佳工艺参数，为2024铝合金的触变成形研究提供参考和依据。 在前期工作中，应用应变诱导法制备2024铝合金半固态坯料；第二阶段用模具使制备好的半固态坯料成形，在成型部件上的不同位置选取试样并进行初步的处理；第三阶段对处理好的试样进行观察和分析，最后选出对于2024铝合金最适宜的触变成型条件。 关键词铝合金；半固态；触变成形AbstractAluminum and alumi
3、num alloy non-ferrous metal widely used in one of the light metals, high specific strength and specific stiffness, good ductility, good electrical and thermal conductivity, and has good corrosion resistance, is the manufacture of aerospace and aviation equipment ideal material. In recent years, as a
4、 result of military and civilian industrial modernization and lightweight aluminum alloy needs and its own characteristics, in order to aluminum steel requirements of increasingly urgent, aluminum alloy has become various industries machinery parts essential material, relating to its new forming pro
5、cess also appears ceaselessly, metal semi-solid forming is one of them. The semi-solid die casting, extrusion, forging can use conventional technology for processing, can also use other special processing method for forming parts, so the process is a kind of new potential of metal processing technol
6、ogy. 2024 aluminum alloy for aluminum in the typical alloy, its composition is more reasonable, better overall performance, is widely used in aluminum alloy. Article 2024 in aluminum alloy as the research object, through the strain induced method ( RAP method) manufacturing semi solid billets, on di
7、fferent blank heating temperature, forming pressure, forming rate in semi solid tissue effects, develop suitable for 2024 aluminum alloy semi solid thixotropic forming optimum technological parameters, 2024 aluminum alloy thixotropic forming research provide the reference and basis. In previous work
8、, the applied strain induced crystallization of 2024 aluminum alloy in semi solid blank; second stage with the mold so that the prepared semi-solid blank forming, in forming part of a different position on the sample selection and initial processing; third stage of processing good specimens were obs
9、erved and analyzed, finally selected for 2024 aluminum alloy the most suitable thixotropic forming conditions.Key words aluminum alloy；semi-solid；thixoforming目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 半固态加工技术11.2.1 半固态成形技术的原理和工艺特点11.2.2 半固态加工的概念及主要工艺过程31.2.3 半固态加工技术特点71.2.4 半固态坯料的制备81.2.5 半固态模锻121.3半固态成形工
10、艺的应用和发展131.3.1 半固态成形工艺在国外的应用与发展131.3.2 半固态成形工艺在国内的应用与发展141.3.3 半固态技术发展前景151.4 本课题主要研究的目的及内容17第2章 再结晶与重熔法制备2024铝合金半固态坯料182.1 再结晶与重熔法182.2 试验材料182.3 制备过程192.4 试样的处理212.4.1式样的打磨、抛光212.4.2 试样的腐蚀处理222.4.3 观察金相组织232.4.4 实验中存在的困难与问题232.5 本章小结24第3章 实验结果与分析253.1 不同试件相同位置的实验及分析253.2 相同试件不同位置的实验及分析323.3 本章小结36
11、结 论37致 谢38参考文献39 40哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）第1章 绪论 1.1 课题背景 铝及其合金是有色金属中用途较广的轻金属之一。它具有密度小、重量轻、比强度高、塑性好、导电与导热性好且具有较好耐蚀性。随着近代机械制造工业如航空、航海、汽车工业的发展，石油化工、电信和原子能及空间技术等新型工业的崛起，铝合金的使用量在日益增加，因而在国民经济中占有重要的地位。 近年来，随着航空航天，交通运输业以及超导技术等的迅速发展，航天器，武器和轿车等对轻量化的要求越来越高。在这种背景下，轻质材料铝合金结构件被越来越广泛的使用以替换之前的钢质零件1。比如在宇航工业中，液氮燃料贮箱
12、的主要材料就是铝合金；为了提高汽车的舒适性和安全性，汽车上增加了越来越多的辅助装置，这就需要汽车的轻量化来补偿这些装置增加的质量，像宝马以及日本产的一些汽车的悬架系统就改用了许多铝质锻件。铁道车辆方面，随着大型挤压铝材技术的发展，以及焊接技术的逐渐完善，铝合金在客车车体、货车和转向架上的应用已经得到了越来越多的应用，如德国的一种规格的动车组的制动盘采用铝合金以后，比常规材料的制动盘的重量减轻了一半左右，对于整车而言，能够节省很大的能量，同时可以减轻磨损。自从20世纪初作为飞机主体的结构材料开始使用，铝合金在战斗机、客机等各类机型中都得到了大量的应用。半固态成形技术是一种很有前景的加工方法，可以
13、降低成本，而且加工出高质量的产品。半固态成形可以消除铸造时产生的气孔和缩松等缺陷，降低锻造时所需的成形载荷，并且改善材料的填充性能。而且，该方法可以加工出形状复杂而机械性能接近锻件的产品。 1.2 半固态加工技术 1.2.1 半固态成形技术的原理和工艺特点铝合金的传统的加工方法一般为铸造方法和锻压方法。锻压能够保证零件的高强度，但是由于加工方法的限制，一般不能生产形状复杂的零件，特别是这种薄壁件；铸造可以生产形状复杂的零件，但力学性能较低。目前该零件的生产方式尚为传统的锻坯-机械加工的生产方式，但由于机械加工生产复杂零件时材料利用率不高（只有10），产品质量不够好，生产效率低，生产成本高等缺点
14、，因此该种工艺也不能满足现在大批量、低成本的生产要求；为了保证在高质量的前提下经济地生产出该零件，需要寻找新的生产工艺来生产。半固态加工方法是一种新型材料成形方法，这种方法是当合金坯料处于液态与固态共存时，对其施加压力使之在模具中成形的工艺方法。半固态成形技术加工温度低（与铸造相比），变形抗力小（与锻压相比），因此可以说，铸造的成形性与锻件的机械性能在半固态金属成形技术中实现了完美的统一。因此，铝合金的半固态成形已成为近些年金属材料成形研究的热点之一。在常规的铸造技术中，熔融状态的金属被注入模具并凝固，同时热量通过模具传递。枝晶结构容易导致许多缺陷，例如氧化，缩孔，以及机械性能较差。一直以来研
15、究人员都在努力寻找改进枝晶凝固的方法，终于在上个世纪七十年代，麻省理工学院的研究人员发现了一种新方法，用该方法得到的球状晶体比枝晶的性能更好。半固态成形（SSM）是介于液态成形和固态成形之间的一种成形工艺，是指利用金属在固态和液态之间转换的过程中具有的半固态特性而实现的加工，具体说来，主要方法是在金属凝固过程中，用剧烈的扰动或搅拌等方法，改变初生固相的形核与长大的过程，得到液态金属母液中均匀地悬浮着等轴、细小的球状初生固相的固液混合浆料，随后用这种浆料进行成形加工。这种方法结合了铸造和锻造，具有自己独特的优势。与传统的热加工方法相比，加工温度较低，充型时金属不易发生喷溅，使裹气等缺陷的发生几率得到减小，进而提高了制件的致密性。与锻造相比，成形过程中制件的变形抗力比较小，比较容易加工形状比较复杂而且性能要求高的零件，减少后续的机加工。非枝晶球状结构的坯料是在金属熔液结晶的过程中形成的。结晶开始时，
