5083細(xì)晶鋁合金的熱變形行為和多層結(jié)構(gòu)成形工藝研究.pdf

1、超塑成形/擴(kuò)散連接組合技術(shù)在鈦合金多層構(gòu)件制造方面取得了發(fā)展，但僅就航空航天領(lǐng)域而言，還存在巨大的發(fā)展空間，在技術(shù)推動(dòng)和需求牽引的雙重作用下，開發(fā)現(xiàn)有材料的超塑性和其它連接技術(shù)與超塑成形的組合技術(shù)研究在宇航結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域具有極其重要的意義。在滿足現(xiàn)代飛行器性能要求的前提下開發(fā)鋁合金的多層結(jié)構(gòu)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(jìn)行擴(kuò)散連接，因而通過超塑成形/擴(kuò)散連接成形鋁合金的多層結(jié)構(gòu)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(jī)械強(qiáng)度，并有優(yōu)良的可加工性、抗腐蝕性、可焊接性及低廉的價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)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(kuò)散連接并結(jié)合超塑成形的組合技術(shù)成形鋁合金的多層結(jié)構(gòu)。為此，本文詳細(xì)地對(duì)5083鋁合金的超塑性及其變形機(jī)理、熱成形性能、激光焊接性能等方面進(jìn)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(shù)成形鋁合金的多層結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用提供了可靠的依據(jù)。
　　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(yuǎn)大于10μm，通過熱機(jī)械處理法獲得了平均晶粒尺寸為3μm的細(xì)晶板。采用透射電鏡對(duì)細(xì)晶5083在150～300℃溫度范圍內(nèi)的退火組織演變進(jìn)行了研究。確定了對(duì)組織超塑性有利的合適的退火溫度為250℃。對(duì)細(xì)晶5083鋁合金在溫度為380～570℃和應(yīng)變速率為4.17×10-4～1.0×10-2s-

4、1的范圍內(nèi)進(jìn)行了單向拉伸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：在同一應(yīng)變速率下，溫度在380～550℃范圍時(shí)，材料的延伸率隨著溫度的升高而不斷增大；當(dāng)溫度升高到550℃時(shí)，材料的延伸率達(dá)到最大值530％；但當(dāng)溫度繼續(xù)升高到570℃時(shí)延伸率反而下降；在同一溫度下，材料的延伸率隨著應(yīng)變速率的降低而增大。同時(shí)，計(jì)算了不同溫度和應(yīng)變速率下的應(yīng)變敏感指數(shù)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(jìn)一步考察細(xì)晶5083

5、鋁合金的成形性能，對(duì)其進(jìn)行了非等溫拉深實(shí)驗(yàn)。研究了不同凹模溫度、拉深速度以及壓邊間隙對(duì)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(shù)。結(jié)果表明：在200～300℃的溫度范圍內(nèi)，細(xì)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(dāng)凹模溫度達(dá)到275℃時(shí), LDR達(dá)到最大值2.9；當(dāng)在較佳的凹模溫度和不同的拉深速度下進(jìn)行拉深時(shí)，細(xì)晶5083鋁合金非等溫拉深工藝在一定的拉深速度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)變速率

6、不敏感，當(dāng)拉深速度≤2mm/min時(shí)均能拉深成功。
　　利用3kW的CO2激光器對(duì)細(xì)晶5083鋁合金薄板進(jìn)行了激光穿透焊實(shí)驗(yàn)研究，接頭分別采用對(duì)接和搭接兩種形式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出了兩種接頭下的最佳焊接工藝參數(shù)和接頭的顯微硬度分布規(guī)律。對(duì)對(duì)接焊試樣進(jìn)行高溫拉伸結(jié)果表明：焊縫強(qiáng)度高于母材，破壞位置出現(xiàn)在母材一側(cè)。對(duì)對(duì)接焊板材在500℃進(jìn)行了自由脹形實(shí)驗(yàn)，得到了相對(duì)脹形高度為0.59的脹形件。對(duì)搭接焊試樣進(jìn)行拉伸結(jié)果表明：搭接焊試樣在室溫下

7、的抗拉強(qiáng)度為186Mpa，約為非細(xì)晶母材在室溫拉伸時(shí)的64%；而在500℃時(shí)搭接焊試樣的抗拉強(qiáng)度約為細(xì)晶母材的91%。
　　根據(jù)對(duì)細(xì)晶5083鋁合金搭接激光穿透焊的研究結(jié)果，采用獲得的最佳焊接工藝參數(shù)(激光功率1200kW，焊接速率2mm/min，離焦量0，氬氣保護(hù))對(duì)不等厚的細(xì)晶5083鋁合金板按照設(shè)計(jì)好的連接位置進(jìn)行激光連接成多層結(jié)構(gòu)，然后采用氬弧焊對(duì)多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行封邊并留出氣道，最后利用超塑成形工藝成形了細(xì)晶5083鋁合金的三