畢業(yè)設(shè)計(jì)--噴射成形a356鋁合金半固態(tài)擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)

1、<p>　　噴射成形A356鋁合金半固態(tài)擠壓工藝與模具設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：本文以φ40mm的噴射成形A356 鋁合金坯料為研究對象，通過選擇合適的擠壓工藝，擠壓出綜合力學(xué)性能較高的φ12mm的鋁合金棒材。采用T6工藝對A356鋁合金進(jìn)行了熱處理，主要研究對象先是對該試驗(yàn)用材料A356進(jìn)行不同的固溶處理和時(shí)效處理，接著金相顯微分析主要觀察固溶處理和時(shí)效后合金的組織,如第二相的形貌、大小、數(shù)量

2、和分布等，然后進(jìn)行顯微硬度試驗(yàn)，再進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測出其相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率，最后通過分析和討論，得出最佳設(shè)計(jì)方案。根據(jù)所給圖形尺寸的計(jì)算運(yùn)用AUTOCAD軟件繪制出了該鋁合金擠壓模具的裝配圖及所有零部件的二維圖，制定出了主要零件的加工工藝。</p><p>　　通過對A356鋁合金進(jìn)行不同工藝的固溶處理，分析了固溶處理對A356鋁合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：利用優(yōu)化的固溶和時(shí)效工藝處理后可

3、有效減少粗大的第二相尺寸和數(shù)量，提高合金元素的固溶過飽和度，可以明顯提高鋁合金的綜合力學(xué)性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：A356鋁合金；固溶處理；時(shí)效處理；力學(xué)性能 </p><p>　　The semi-solid extrusion process and mould design for </p><p>　　ospray forming A356 alu

4、minum alloy </p><p>　　Abstract:Based on phi is 40 mm A356 aluminum alloy billet injection forming as the research object, through selecting proper extrusion process, squeezing out the comprehensive mechanica

5、l properties of high phi 12 mm of aluminum alloy bars.The T6 process of A356 aluminum alloy is used for heat treatment, the main research object, first the A356 material for the test of different solid solution treatment

6、 and aging treatment, the main observation and metallographic microscopic analysis organization</p><p>　　KeyWords: A356 aluminum alloy, solid solution treatment; aging treatment ; mechanical properties</p

7、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　序 言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1.1 A356鋁合金研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 噴射成形原理2</p&

8、gt;<p>　　1.3 鋁的合金化和強(qiáng)化方法3</p><p>　　1.3.1 加工硬化3</p><p>　　1.3.2 固溶強(qiáng)化4</p><p>　　1.3.3 第二相強(qiáng)化4</p><p>　　1.3.4 晶界強(qiáng)化5</p><p>　　1.4 鋁合金的熱處理工藝5</p>

9、;<p>　　1.4.1 固溶處理5</p><p>　　1.4.2 時(shí)效處理工藝8</p><p>　　1.5 本課題研究意義及研究內(nèi)容10</p><p>　　1.5.1 研究意義10</p><p>　　1.5.2 研究內(nèi)容10</p><p>　　第二章 半固態(tài)擠壓模具設(shè)計(jì)與擠壓工藝

10、12</p><p>　　2.1 凸模的設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.1.1 半固態(tài)擠壓凸模的典型結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.1.2 半固態(tài)擠壓凸模的尺寸計(jì)算13</p><p>　　2.2 凹模的設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.2.1 鑲塊式凹模的典型結(jié)構(gòu)14</p><p&

11、gt;　　2.2.2 半固態(tài)擠壓鑲塊式凹模的尺寸計(jì)算15</p><p>　　2.2.3 鑲塊式凹模的裝配18</p><p>　　2.3 其他模具零件的設(shè)計(jì)18</p><p>　　2.4 半固態(tài)擠壓模具的裝配圖22</p><p>　　第三章 半固態(tài)擠壓工藝的選擇23</p><p>　　3.1 擠壓件

12、設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.2 選擇合適的半固態(tài)擠壓方式24</p><p>　　3.3 半固態(tài)擠壓變形程度的計(jì)算24</p><p>　　3.4 擠壓力的計(jì)算25</p><p>　　3.5 擠壓設(shè)備的選擇26</p><p>　　3.6 擠壓坯料的溫度26</p><p>

13、　　3.7 擠壓模具的預(yù)熱26</p><p>　　3.8 擠壓速度27</p><p>　　3.9 模具的潤滑28</p><p>　　第四章 材料制備及熱處理工藝方案安排29</p><p>　　4.1 主要試驗(yàn)設(shè)備29</p><p>　　4.2 材料制備29</p><p>

14、;　　4.3 熱處理工藝的制定29</p><p>　　4.3.1 固溶處理30</p><p>　　4.3.2 時(shí)效處理30</p><p>　　第五章 工藝參數(shù)對組織和性能的影響31</p><p>　　5.1 組織及性能檢測31</p><p>　　5.1.1 硬度測量31</p>&

15、lt;p>　　5.1.2 金相組織觀察33</p><p>　　5.1.3 拉伸試驗(yàn)34</p><p>　　5.2 各工藝參數(shù)對組織和力學(xué)性能的影響36</p><p>　　5.2.1 固溶與時(shí)效處理對組織和力學(xué)性能的影響36</p><p>　　第六章 結(jié)論42</p><p><b>

16、　　參考文獻(xiàn)43</b></p><p><b>　　致 謝44</b></p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　近些年來，隨著半固態(tài)成形技術(shù)研究工作的不斷深入和對輕質(zhì)半固態(tài)成形技術(shù)的成熟掌握，研究重點(diǎn)已經(jīng)從以半固態(tài)組織研究為主的理論研究向以半固態(tài)成形實(shí)用復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工和復(fù)合材

17、料制備加工的方向邁進(jìn)。因此，加強(qiáng)國內(nèi)半固態(tài)成形技術(shù)的研究，特別是開展相關(guān)的應(yīng)用研究已經(jīng)刻不容緩。</p><p>　　半固態(tài)成形技術(shù)是在合金處于液相線與固相線溫度之間進(jìn)行成形的一種特殊工藝技術(shù)。它最早是70年代初由美國麻省理工學(xué)院David Spener在研究用于錫鉛合金高溫粘度計(jì)時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)合金在半固態(tài)下的特殊流變行為。由于該技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為金屬成形加工的熱點(diǎn)技術(shù)之一。</p>&l

18、t;p>　　噴射成形(spray forming)是用高壓惰性氣體將合金液流霧化成細(xì)小熔滴，在高速氣流下飛行并冷卻，在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝。它具有所獲材料晶粒細(xì)小、組織均勻、能夠抑制宏觀偏析等快速凝固技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。 由于快速凝固的作用，所獲金屬材料成分均勻、組織細(xì)化、無宏觀偏析，且含氧量低。與傳統(tǒng)的鑄一鍛工藝和粉末冶金工藝相比較，它流程短、工序簡化、沉積效率高，不僅是一種先進(jìn)的制取坯料技術(shù)，還正在發(fā)展成為直接制造金

19、屬零件的制程?，F(xiàn)已成為世界新材料開發(fā)與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 </p><p>　　本課題涉及到的A356 鋁合金是一種優(yōu)異的金屬加工材料，其半固態(tài)成形技術(shù)更具有其它材料所不具備的得天獨(dú)厚的長處，因此，這種優(yōu)異的新型材料可廣泛地應(yīng)用于汽車、航空、航天等許多領(lǐng)域，以代替過去用的鋼材鑄件，這可算是材料史上的一個(gè)飛進(jìn)。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為噴射成形A356鋁合金半固態(tài)擠壓工藝與模具設(shè)

20、計(jì)。該課題合生產(chǎn)實(shí)際需求，通過此次設(shè)計(jì)，讓我了解了擠壓模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)以及注意事項(xiàng)，掌握了擠壓模具設(shè)計(jì)的方法和技巧。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 A356鋁合金研究現(xiàn)狀</p><p>　　A356合金屬于Al-Si系多元合金，屬于亞共晶合金，具有流動性和鑄型填沖性好、強(qiáng)度較高、熱膨脹系數(shù)小、耐

21、磨性能和耐蝕性能好等特點(diǎn)，是鑄造性能優(yōu)良的合金之一，廣泛應(yīng)用于制造汽車、摩托車、航空航天工業(yè)及家用電器等。</p><p>　　合金鑄造前的熔體質(zhì)量是影響合金機(jī)械性能的主要因素，而合金熔體質(zhì)量又受鋁錠化學(xué)成分和微觀組織的影響。細(xì)化鋁錠可細(xì)化最終鑄件的組織，從而大大改善合金的力學(xué)性能。因此，要獲得高質(zhì)量的A356合金鑄件，不但應(yīng)該控制鋁錠的化學(xué)成分，同時(shí)也應(yīng)該控制坯錠的微觀組織【1】。</p><

22、;p>　　鑄造A356合金在凝固過程中，當(dāng)鋁熔體的溫度降到其液相線以下時(shí)，合金首先形成初晶，并隨著溫度的下降，的數(shù)量增多并逐步生長，接近共晶溫度時(shí)，共晶硅將依附在已有的上形成。細(xì)化處理直接決定了初晶的形狀和密度，也決定了共晶體的大小和分布。未經(jīng)細(xì)化處理的合金，初生相的數(shù)目很少，極易長成粗大的枝晶，隨后的共晶相將以長針狀形式分布在枝晶之間和周圍。對于細(xì)化后的合金，高密度的初生將以較細(xì)小的等軸晶形式生長，并在整體上使合金保持較均勻的分

23、布，隨后形成的共晶硅將分布在這些細(xì)小的等軸晶之間，即使未經(jīng)良好的變質(zhì)處理，合金整體的結(jié)構(gòu)已形成了較均勻的形式。在隨后的固溶處理中，不論是合金成分的均勻化，還是合金固溶度的提高，合金元素都將只需要遷移較短的距離就可以完成；而硅相形貌和分布的改變，也將只需要在相對較小的范圍內(nèi)進(jìn)行，原有較長的固溶時(shí)間可大幅縮短。因此可以認(rèn)為：合金在良好的細(xì)化和變質(zhì)處理后，在較短的固溶時(shí)間內(nèi)，就得到了組織的改善和綜合機(jī)械性能的提高。</p>&l

24、t;p>　　熱處理是提高合金性能的重要手段之一，通過對鋁合金進(jìn)行熱處理，可以提高鋁合金鑄件的綜合力學(xué)性能。消除偏析和針狀組織、改善組織和性能、穩(wěn)定合金鑄件的組織和尺寸以及消除鑄造內(nèi)應(yīng)力等作用【2】。</p><p>　　1.2 噴射成形原理</p><p>　　噴射成形(spary forming)是用高壓惰性氣體將合金液流霧化成細(xì)小熔滴，</p><p>　

25、　在高速氣流下飛行并冷卻，在尚未完全凝固前沉積成坯件的一種工藝。它具有所獲材料晶粒細(xì)小、組織均勻、能夠抑制宏觀偏析等快速凝固技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn)。 由于快速凝固的作用，所獲金屬材料成分均勻、組織細(xì)化、無宏觀偏析，且含氧量低。與傳統(tǒng)的鑄一鍛工藝和粉末冶金工藝相比較，它流程短、工序簡化、沉積效率高，不僅是一種先進(jìn)的制取坯料技術(shù)，還正在發(fā)展成為直接制造金屬零件的制程?，F(xiàn)已成為世界新材料開發(fā)與應(yīng)用的一個(gè)熱點(diǎn)。 </p><p>

26、;　　1.3 鋁的合金化和強(qiáng)化方法</p><p>　　純鋁的力學(xué)性能不高，不適宜制作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。為了提高鋁的力學(xué)性能，在純鋁中加入某些合金元素制成鋁合金。鋁合金仍保持純鋁的密度小和抗腐蝕好的特點(diǎn)，而力學(xué)性能比純鋁高得多?？蔁崽幚韽?qiáng)化的鋁合金經(jīng)熱處理后，其力學(xué)性能可以和鋼鐵材料相媲美。</p><p>　　1.3.1 加工硬化</p><p>　　金屬材

27、料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象。又稱冷作硬化。產(chǎn)生原因是，金屬在塑性變形時(shí)，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力等。金屬變形時(shí)產(chǎn)生的位錯(cuò)不均勻分布, 先是較紛亂地成群糾纏, 形成位錯(cuò)纏結(jié), 隨變形量增大和變形溫度升高, 由散亂分布位錯(cuò)纏結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪顏喗Y(jié)構(gòu)組織, 這時(shí)變形晶粒由許多稱為“ 胞” 的小單元組成；高密度位錯(cuò)纏結(jié)集中在胞周圍形成包壁, 胞內(nèi)則位錯(cuò)密度甚

28、低。變形越大亞結(jié)構(gòu)組織越細(xì)小, 抵抗繼續(xù)變形的能力越大, 加工硬化效果越明顯【3】。由于產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu), 故也可稱為亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化。</p><p>　　合金變形條件不同, 位錯(cuò)分布亦有所不同。當(dāng)變形溫度較低(如冷軋)時(shí), 位錯(cuò)活動性較差, 變形后位錯(cuò)大多呈紊亂無規(guī)則分布, 形成位錯(cuò)纏結(jié), 這時(shí)合金強(qiáng)化效果好, 但塑性也強(qiáng)烈降低。當(dāng)變形溫度較高時(shí), 位錯(cuò)活動性較大, 并進(jìn)行交滑移, 位錯(cuò)可局部集聚、糾結(jié)、形成位錯(cuò)發(fā)團(tuán),

29、出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)及其強(qiáng)化, 屆時(shí)強(qiáng)化效果不及冷變形, 但塑性損失較少。</p><p>　　加工硬化或亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化在常溫時(shí)是十分有效的強(qiáng)化方法, 但在高溫時(shí)通常因回復(fù)和再結(jié)晶而對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)顯著變小。</p><p>　　1.3.2 固溶強(qiáng)化</p><p>　　溶質(zhì)元素溶入基體的晶格中，使晶格發(fā)生畸變，從而提高對變形的抗力，這種作用稱為固溶強(qiáng)化。當(dāng)溶質(zhì)原子與溶劑(基體)原子

30、的尺寸相差較大，并且溶質(zhì)原子的溶入量較多。晶格畸變也越大，其固溶強(qiáng)化效果也越好，例如：在各種鑄造鋁合金中以Al-Mg合金固溶強(qiáng)化效果最好【4】，這是因?yàn)椋烘V元素與鋁原子半徑相差較大(約13％)，而且鎂在鋁中有較大的固溶度(最大固溶度為14．9％)。因此，當(dāng)多量的鎂溶入時(shí)，固溶體的晶格就產(chǎn)生較大的畸變，使其變形抗力增加。所有可溶性合金化組元甚至雜質(zhì)都能產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。然而，單是這一種方法不能獲得特別高的強(qiáng)度，不過其帶來的塑性損失要比其它方法

31、小。 </p><p>　　固溶強(qiáng)化來源于溶質(zhì)元素對位錯(cuò)的釘扎作用和增加位錯(cuò)運(yùn)動的摩檫阻力，這種作用包括位錯(cuò)與溶質(zhì)原子間的長程交互作用和短程交互作用。固溶強(qiáng)化作用大小取決于溶質(zhì)原子濃度、原子相對尺寸、固溶體類型和電子因素。溶質(zhì)原子與鋁原子的價(jià)電子數(shù)相差越大，固溶強(qiáng)化作用亦越大。進(jìn)一步研究還表明，溶質(zhì)原子與位錯(cuò)之間的相互作用，置換式固溶體中比溶劑原子大的溶質(zhì)原子，往往擴(kuò)散到韌性位錯(cuò)線下方受拉應(yīng)力的部位，而溶劑原子

32、小的溶質(zhì)原子，往往擴(kuò)散到位錯(cuò)上方受壓應(yīng)力的部分。由于溶質(zhì)原子常被吸附于位錯(cuò)周圍形成溶質(zhì)原子“氣團(tuán)”，此“氣團(tuán)”的形成，減少了位錯(cuò)附近的晶格畸變，降低了位錯(cuò)的能量狀態(tài)，使位錯(cuò)不易移動。為使位錯(cuò)帶著“氣團(tuán)”或掙脫“氣團(tuán)”而運(yùn)動，就必須施加更大的外力，從而提高了合金的強(qiáng)度【5】。</p><p>　　1.3.3 第二相強(qiáng)化</p><p>　　復(fù)相合金與單相合金相比，除基體相以外，還有第二相得存

33、在。當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相中時(shí)，將會產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。這種強(qiáng)化作用稱為第二相強(qiáng)化。第二相強(qiáng)化的主要原因是它們與位錯(cuò)間的交互作用，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動，提高了合金的變形抗力。幾乎所有的純鋁和鋁合金, 除固溶體外均存在第二相, 產(chǎn)生第二相強(qiáng)化。鋁合金的第二相強(qiáng)化（又稱熱處理強(qiáng)化）【6】，是鋁合金主要的強(qiáng)化方法。相在鋁中有小于1.85%的固溶度，且強(qiáng)化效果好，熱處理淬火敏感性不高，可獲得160MPa～320MPa的中等強(qiáng)度，且加

34、工性能受影響較小，可生產(chǎn)各種復(fù)雜斷面和薄壁產(chǎn)品，表面可進(jìn)行各種處理，因此以為主要強(qiáng)化相的A1-Mg-Si系合金得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.3.4 晶界強(qiáng)化</p><p>　　鋁合金晶粒細(xì)化, 晶界增多, 由于晶界運(yùn)動的阻力大于品內(nèi)且相鄰晶粒不同取向使晶粒內(nèi)滑移相互干涉而受阻, 變形抗力增加, 即合金強(qiáng)化。晶界自身強(qiáng)度取決于合金元素在晶界處的存在形式和分布形態(tài)，化合物的優(yōu)于單

35、質(zhì)原子吸附的，化合物為不連續(xù)、細(xì)小彌散點(diǎn)狀時(shí)晶界強(qiáng)化效果最好。晶界強(qiáng)化對合金的塑性損失較少，常溫下強(qiáng)化效果好，但高溫下不宜采用晶界強(qiáng)化，因?yàn)楦邷叵戮Ы缁茷橹匾巫兎绞?，使合金趨向沿晶界斷裂?lt;/p><p>　　1.4 鋁合金的熱處理工藝</p><p>　　鋁合金是典型的熱處理強(qiáng)化合金,其熱處理工藝一直以來都備受廣大研究者的關(guān)注。適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢愿纳苹瘜W(xué)成分和組織的不均勻性,改善析出相

36、的形狀、尺寸及分布,進(jìn)而提高合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。鋁合金的熱處理工藝主要包括均勻化退火、固溶處理、時(shí)效處理、回歸再時(shí)效熱處理和形變熱處理等,其中固溶處理和時(shí)效處理對合金的性能影響最大【7】。</p><p>　　1.4.1 固溶處理</p><p>　　所謂固溶處理就是將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝，鋁合金的固溶處理有三個(gè)目

37、的：</p><p>　　(1)使Mg，Si元素固溶入基體中；</p><p>　　(2) Mg，Si在基體中均勻化；</p><p>　　(3)共晶Si相形態(tài)在固溶過程中發(fā)生由纖維狀向粒狀形態(tài)的轉(zhuǎn)變。</p><p>　　將合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體以提高合金的強(qiáng)度的方法稱固溶強(qiáng)化。其原理是：合金元素溶入基體后、使基體金屬的位錯(cuò)密度

38、增加，同時(shí)晶格發(fā)生畸變。畸變所產(chǎn)生的應(yīng)力場與位錯(cuò)周圍的彈性應(yīng)力場交互作用，使合金元素的原子聚集到位錯(cuò)線附近，形成“氣團(tuán)”，位錯(cuò)要運(yùn)動就必須克服氣團(tuán)的釘扎作用，或從氣團(tuán)中掙脫出來，因而需要更大的切應(yīng)力【8】。此外，合金元素原子還會改變固溶體的彈性模量、擴(kuò)散系數(shù)、內(nèi)聚力和原子的排列缺陷，使位錯(cuò)線變彎，從而強(qiáng)化材料。固溶強(qiáng)化的特點(diǎn)是：在使材料的強(qiáng)度、硬度提高的同時(shí)，還能保持良好的塑性。但固溶體的強(qiáng)化效果隨被固溶的元素的含量的增加而增大，因此，

39、強(qiáng)化程度受合金元素在基體中的固溶度大小的限制。在鋁合金中加入硅、鎂、銅、錳、鋅等合金元素，都能形成具有較大極限溶解度的固熔體，起到固溶強(qiáng)化的作用。對Al-Si-Mg合金來說，基體中只有Si、Mg兩種強(qiáng)化元素，所以單獨(dú)進(jìn)行固溶強(qiáng)化對提高材質(zhì)的性能不是十分明顯，必須隨后進(jìn)行時(shí)效處理才能起到強(qiáng)化作用。</p><p>　　固溶處理是將合金加熱至一定溫度,使第二相全部或最大限度地溶入固溶體并保持一段時(shí)間后,快速冷卻至室溫

40、從而獲得一種不穩(wěn)定的過飽和固溶體,該過飽和固溶體有發(fā)生分解和析出過剩原子的自發(fā)趨勢。固溶處理后獲得的過飽和固溶體直接影響到下一歩的時(shí)效效果。目前研究較多的是常規(guī)固溶處理、強(qiáng)化固溶處理和多級固溶處理。</p><p>　　通過提高固溶溫度、延長固溶時(shí)間可以使可溶的第二相粒子充分回溶到基體中,提高合金的固溶程度,最大發(fā)揮合金的時(shí)效強(qiáng)度潛力,但固溶溫度過高易導(dǎo)致試樣過燒。與常規(guī)固溶相比,強(qiáng)化固溶和多級固溶可以提高固溶體

41、的過飽和度,減少粗大未溶相,對提高時(shí)效析出程度和改善斷裂扨性具有積極的意義【9】。</p><p><b>　　(1)固溶溫度</b></p><p>　　在亞共晶Al-Si-Mg鑄造合金中，固溶處理的實(shí)質(zhì)在于將合金加熱到盡可能高的溫度，并在該溫度下保持足夠長的時(shí)間，使強(qiáng)化相充分溶入 固溶體，隨后快速冷卻，使高溫時(shí)的固溶體呈過飽和狀態(tài)保留到室溫。溫度愈高，愈接近固相線

42、溫度，則固溶處理的效果愈好。但溫度過高會引起晶粒粗大，甚至發(fā)生過燒而使產(chǎn)品報(bào)廢。為了防止局部過燒，加熱溫度通常低于固相線10～15℃。固溶處理也改變共晶Si 的形態(tài)，隨著固溶保持時(shí)間的延長，Si相有一個(gè)緩慢球化和不斷粗化的過程，這種過程隨固溶溫度的提高而增強(qiáng)。因此固溶保溫時(shí)間雖然長一些好，但不宜超過15小時(shí)。若加熱溫度偏低，使熱處理零件加熱不足，強(qiáng)化相不能完全溶解，導(dǎo)致固溶體濃度大大降低，最終強(qiáng)度、硬度也相應(yīng)顯著降低。根據(jù)A1-Mg-S

43、i二元系垂直截面，A356在淬火加熱過程中，將發(fā)生相的溶解，在固溶溫度下合金處于兩相區(qū)。為了防止低熔點(diǎn)共晶體在固溶加熱時(shí)溶化(即出現(xiàn)過燒)，淬火溫度應(yīng)低于三元共晶溫度，一般為535土5℃。在560℃以前。性能隨淬火溫度的提高而增加，558℃開始出現(xiàn)過燒，隨后強(qiáng)度和塑性不斷下降。固溶溫度對Si 相形態(tài)的影響要比保溫時(shí)間的影響大得多【10】。一般來</p><p><b>　　(2)保溫時(shí)間</b&g

44、t;</p><p>　　在固溶處理溫度下保溫的目的是保證得到飽和度最大的固溶體。鑄造鋁合金由于含有較多的合金元素，因此第二相比例大且組織粗大，其溶解速度遠(yuǎn)低于變形鋁合金，因而它所需要的保溫時(shí)間遠(yuǎn)比變形鋁合金要長【11】。</p><p><b>　　(3)淬火延遲時(shí)間</b></p><p>　　隨著淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間的延長，鑄件的力學(xué)性能下降。為

45、使鑄件機(jī)械性能不受損失，盡量減少淬火停留時(shí)間，有利于最終力學(xué)性能的提高，但是由于受設(shè)備能力和操作方法的限制，0 min的淬火停留時(shí)間，從操作上看是相當(dāng)困難的。目前一般能控制在10～20s內(nèi)， 不超過30s。</p><p><b>　　(4)室溫停留時(shí)間</b></p><p>　　鋁鑄件固溶處理后至人工時(shí)效前處于自然時(shí)效狀態(tài)，這一段時(shí)間即為室溫停留時(shí)間。研究表明【1

46、2】淬火后12h以內(nèi)， 鑄件的硬度、強(qiáng)度隨停留時(shí)間的延長而提高。但固溶處理后停留時(shí)間在18～40h范圍時(shí)，不宜進(jìn)行人工時(shí)效。由圖1-1可以看出，當(dāng)淬火停留時(shí)間為2h，合金的硬度急劇增加，2h后，合金的硬度有所增加，但增加較為緩慢。故認(rèn)為室溫停留時(shí)間為2h即可達(dá)到較為理想的強(qiáng)度性能。如圖1-1所示是室溫停留時(shí)間對力學(xué)性能的影響。</p><p>　　圖1-1 室溫停留時(shí)間對力學(xué)性能的影響</p>&

47、lt;p><b>　　(5)淬火水溫</b></p><p>　　鋁合金的淬火一般用水，以保證快速冷卻。淬火時(shí)的水溫對機(jī)械性能的影響也很明顯，水溫增高會使延伸率降低。在水溫低于65℃時(shí)，鑄件的冷卻速率為40～90℃/s，而在95℃時(shí)，其冷速可降至4℃/s，這是因?yàn)樗疁厣吆?，水局部氣化的可能性增大，一旦氣囊形成，冷速就明顯降低，這會使機(jī)械性能降低。但是，水溫過低，引起鑄件冷卻速度過快，

48、使鑄件內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力過大，易造成鑄件開裂；殘余應(yīng)力過高，常造成零件變形，嚴(yán)重的致使零件報(bào)廢。淬火加熱后，可于20～100℃的水中冷卻，水溫可根據(jù)零件的形狀適當(dāng)調(diào)整【13】。</p><p>　　1.4.2 時(shí)效處理工藝</p><p>　　合金元素對鋁的另一強(qiáng)化作用是通過熱處理來實(shí)現(xiàn)的。但由于鋁沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，故鋁合金的熱處理強(qiáng)化方法與鋼不同。鋁合金的熱處理強(qiáng)化，主要是由于

49、合金元素在鋁中有較大的固溶度且隨溫度的降低而極劇減小的特點(diǎn)，故鋁合金經(jīng)加熱到某一溫度保溫后水中淬火，可以得到過飽和的鋁基固溶體。這種過飽和的鋁基固溶體放置在室溫或加熱到某一溫度時(shí)，其強(qiáng)度和硬度隨時(shí)間的延長而增高，但塑性、韌性降低，這個(gè)過程稱為時(shí)效。在室溫下放置產(chǎn)生實(shí)效稱為自然時(shí)效，加熱時(shí)產(chǎn)生的時(shí)效稱為人工時(shí)效。時(shí)效過程中使合金的強(qiáng)度、硬度增高的現(xiàn)象稱為時(shí)效強(qiáng)化或時(shí)效硬化。淬火加時(shí)效處理是鋁合金強(qiáng)化的一種重要手段。</p>

50、<p>　　一般把室溫下或低于100℃溫度下進(jìn)行的時(shí)效稱為自然時(shí)效處理，而在100℃以上加熱條件下進(jìn)行的時(shí)效稱為人工時(shí)效處理。根據(jù)合金性質(zhì)和使用要求，時(shí)效主要包括單級時(shí)效、分級時(shí)效、形變時(shí)效和回歸處理等。單級時(shí)效是在淬火(或稱固溶處理)后只進(jìn)行一次時(shí)效處理，可以是自然時(shí)效也可以是人工時(shí)效。單級時(shí)效工藝簡單，但組織均勻性差，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、條件屈服強(qiáng)度、斷裂性、應(yīng)力腐蝕抗力性能很難得到良好的配合【14】。分級時(shí)效是在不同溫度

51、下進(jìn)行兩次時(shí)效或多次時(shí)效。如圖1-2所示為間斷時(shí)效T6/6工藝曲線。</p><p>　　圖1-2 間斷時(shí)效T6/6工藝曲線</p><p>　　在較低溫度進(jìn)行預(yù)時(shí)效，目的在于在合金中獲得高密度的G.P區(qū)，由于G.P區(qū)通常是均勻成核的，當(dāng)其達(dá)到一定尺寸后，就可以成為隨后沉淀相的核心，從而提高了組織的均勻性。在稍高溫度保持一定時(shí)間進(jìn)行最終時(shí)效。由于溫度稍高，合金進(jìn)入過時(shí)效區(qū)的可能性增大，故

52、所獲得合金的強(qiáng)度比單級時(shí)效略低，但是這樣分級時(shí)效處理后的合金，其斷裂性值高，并改善了合金的抗腐蝕性，提高了應(yīng)力腐蝕抗力【15】。</p><p>　　鋁合金經(jīng)固溶處理后必須進(jìn)行人工時(shí)效處理才能獲得良好的強(qiáng)度、韌性和抗腐蝕性能。時(shí)效是通過某些強(qiáng)化相的脫溶過程而產(chǎn)生硬化(即時(shí)效強(qiáng)化)來提高合金強(qiáng)度的。時(shí)效可分為單級時(shí)效和雙級時(shí)效。單級時(shí)效是一級時(shí)效,生產(chǎn)工藝簡単。當(dāng)時(shí)效溫度較低時(shí),合金主要析出相為與基體共格的GP區(qū),

53、時(shí)效溫度較高吋,主耍析出相為與基體半共格的η相;時(shí)效溫度更高時(shí),主要析出相為與基體不共格的η相并長大粗化。且當(dāng)采用峰值時(shí)效(T6)時(shí),析出相密度高、尺寸小,合金可達(dá)到最高強(qiáng)度,但由于此時(shí)主要強(qiáng)化相是GP區(qū)、η相和少量的η相,晶界為連續(xù)鏈狀的析出物,具有較高的應(yīng)力腐蝕敏感性和較低的斷裂扨性。雙級時(shí)效包括兩個(gè)階段,即低溫預(yù)時(shí)效和高溫時(shí)效。第一階段的低溫預(yù)時(shí)效相當(dāng)于成核階段,晶內(nèi)形成大量細(xì)小彌散的GP區(qū),這些細(xì)小彌散的析出相作為核心優(yōu)先成核轉(zhuǎn)

54、化為η'相；第二階段的高溫時(shí)效在晶內(nèi)主要形成GP區(qū)和η'相,在晶界上形成T1相。T73、 T76和T74屬于雙級時(shí)效制度,T73和T76與T6態(tài)相比靜強(qiáng)度降低15%左右,但抗應(yīng)力腐蝕性能大大增加；T74與T6態(tài)強(qiáng)度接近,抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于T73,但比T76差?？偟膩碚f,雙級時(shí)效相當(dāng)于一種過時(shí)效</p><p>　　1.5 本課題研究意義及研究內(nèi)容</p><p>　　1.5

55、.1 研究意義</p><p>　　隨著對半固態(tài)成形技術(shù)研究的不斷深入，半固態(tài)成形技術(shù)的優(yōu)越性已得到普遍的重視。特別是汽車工業(yè)出于節(jié)能、環(huán)保和安全的需要而開始大量使用輕質(zhì)鋁合金，促進(jìn)了半固態(tài)成形技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。半固態(tài)成形技術(shù)經(jīng)過三十多年的研究、開發(fā)和應(yīng)用，已經(jīng)在北美、歐洲、亞洲等發(fā)達(dá)國家得到較大發(fā)展。特別是鋁合金半固態(tài)加工技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已相當(dāng)成熟，進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)階段，主要應(yīng)用在汽車、摩托車、兵器的零部件生產(chǎn)【1

56、6】。而A356合金是我國生產(chǎn)摩托車、轎車整鑄車輪的主要材料，要使該合金達(dá)到國際上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能，必須進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，即變質(zhì)處理、固溶處理和時(shí)效處理。隨著輪轂生產(chǎn)量的提高，原材料、能耗成本的增加，低溫或短時(shí)熱處理成為企業(yè)選擇熱處理工藝的目標(biāo)。本課題旨在研究A35合金的熱處理強(qiáng)化規(guī)律，優(yōu)化熱處理工藝，從而實(shí)現(xiàn)A356鋁合金輪轂在短時(shí)熱處理后就可達(dá)到高的強(qiáng)韌性的配合，同時(shí)縮短生產(chǎn)周期，降低成本，提高生產(chǎn)效率。</p>&

57、lt;p>　　1.5.2 研究內(nèi)容</p><p>　　本文研究噴射成型A356鋁合金半固態(tài)擠壓工藝參數(shù)對組織和性能的影響，在保證其機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高固溶溫度與時(shí)效溫度，減少固溶和時(shí)效時(shí)間，從而縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省能源，提高生產(chǎn)效率。初步擬定工藝方案，以達(dá)到研究目的。</p><p>　　本課題研究主要內(nèi)容包括：</p><p>　　研究各種固溶處理工藝

58、下合金的各項(xiàng)性能，分析固溶處理工藝與性能之間的變化規(guī)律，選擇合適的工藝參數(shù)；</p><p>　　根據(jù)（1）中的試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選一組固溶處理工藝，改變時(shí)效處理工藝參數(shù)，分析時(shí)效處理工藝與組織和性能之間的變化規(guī)律；</p><p>　　利用光學(xué)顯微鏡觀察分析合金不同熱處理所得到的金相組織；</p><p>　　進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得到各個(gè)工藝參數(shù)下材料的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)。</

59、p><p>　　本課題的研究路線為如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 A356研究路線</p><p>　　第二章 半固態(tài)擠壓模具設(shè)計(jì)與擠壓工藝</p><p><b>　　2.1 凸模的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　擠壓模具的設(shè)計(jì)與制造對擠壓成形技術(shù)來說是及其重要的，它是擠壓工藝

60、能否取得成功的關(guān)鍵。因此，針對擠壓結(jié)構(gòu)和擠壓工藝的特點(diǎn)，考慮生產(chǎn)性質(zhì)和模具，結(jié)合實(shí)際設(shè)備情況，正確設(shè)計(jì)和合理選擇擠壓模具材料及加工工藝，來提高模具的承載能力和使用壽命，是非常重要的。</p><p>　　2.1.1 半固態(tài)擠壓凸模的典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　半固態(tài)擠壓凸模的典型結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 凸模典型結(jié)構(gòu)</p>

61、;<p>　　d—凸模工作直徑，mm</p><p>　　d1—凸模帽蓋部分直徑，mm</p><p>　　h—凸模帽蓋部分高度，mm</p><p>　　H— 凸模工作部分高度，mm</p><p>　　r — 凸模工作部分半徑，mm</p><p>　　2.1.2 半固態(tài)擠壓凸模的尺寸計(jì)算</p

62、><p>　　半固態(tài)擠壓凸模各部分尺寸計(jì)算公式，如下：</p><p>　　d=D-(0.1～0.15)，mm 式（2-1）</p><p>　　d1=2d，mm 式（2-2） h=0.25d+3～5，mm

63、 式（2-3）</p><p>　　H≤7d，mm 式（2-4）</p><p>　　r=0.5～1.5，mm</p><p>　　D—凹模內(nèi)腔直徑，mm</p><p><b>　　經(jīng)過公式運(yùn)算：</b>

64、</p><p>　　d=D-(0.1～0.15)=40-0.1=39.9mm</p><p>　　d1=2d=2×39.9≈80mm</p><p>　　h=0.25d+3～5≈0.25×40+4=14mm</p><p>　　H≤7d＝280mm，根據(jù)生產(chǎn)需要，取198mm</p><p>&l

65、t;b>　　r=1mm</b></p><p>　　凸模二維、三維如圖2-2、2-3所示。</p><p>　　圖2-2 凸模二維圖</p><p><b>　　2.2 凹模的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.2.1 鑲塊式凹模的典型結(jié)構(gòu)</p><p>　　在半固態(tài)擠壓

66、模具中，鑲塊式凹模的典型結(jié)構(gòu)，如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 鑲塊式凹模典型結(jié)構(gòu) </p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　D—凹模內(nèi)腔直徑，mm</p><p>　　D1—凹模外圓直徑，mm</p>

67、<p>　　D2—鑲塊式凹模外圓直徑，mm</p><p>　　d—凹模工作孔眼直徑，mm</p><p>　　d1—凹模導(dǎo)向孔直徑，mm</p><p>　　H—凹模內(nèi)腔放置坯料部分的高度，mm</p><p>　　h—凹模工作孔眼的高度，mm</p><p>　　h1—凹模底部厚度，mm</p>

68、;<p>　　—凹模中心錐角，一般為900～1300 ，取=1200</p><p>　　R—凹模內(nèi)腔入口處的圓角半徑，一般3～5 mm，取R=3mm</p><p>　　r—各尖銳部分的圓角半徑，一般0.5～1.0mm，取r =1mm</p><p>　　2.2.2 半固態(tài)擠壓鑲塊式凹模的尺寸計(jì)算</p><p>　　半固態(tài)

69、擠壓鑲塊式凹模各部分尺寸計(jì)算公式，如下：</p><p>　　D=D0+δD0 式（2-5）</p><p>　　=39.5+1.1%×39.5≈40mm</p><p>　　D1=（2.5～3.5）D 式（

70、2-6）</p><p>　　=100～140mm ， 取D1=160mm</p><p>　　D2=(1.3～1.7）D 式（2-7）</p><p>　　=52～68mm ， 取D2= 100 mm </p><p>　　d=d0 +d0

71、 式（2-8）</p><p>　　d=12+ 1.1%×12≈12mm </p><p>　　d1=d+(1～2) 式（2-9）</p><p>　　d1=12+2=14mm</p>

72、<p>　　h=(0.8～1.2)d 式（2-10）</p><p>　　h=1×12=12mm </p><p>　　h1=(1.0～1.5)D 式（2-11）</p><p>　　=40～60mm ， 取42mm</p>&

73、lt;p>　　H=H0+R+10 式（2-12）</p><p>　　=165+3+10=178mm，取180mm</p><p>　　經(jīng)計(jì)算凹模的二維、三維圖，如圖2-5、2-6所示。</p><p>　　圖2-5 凹模二維圖</p><p>　　圖2-6 凹模三維圖</p>

74、;<p>　　經(jīng)計(jì)算，鑲塊凹模的二維、三維圖，如圖2-7、2-8所示。</p><p>　　圖2-7 鑲塊凹模二維圖</p><p>　　圖2-8 鑲塊凹模三維圖</p><p>　　2.2.3 鑲塊式凹模的裝配</p><p>　　半固態(tài)擠壓鑲塊式凹模的裝配，如圖2-9所示。</p><p>　　圖

75、2-9 鑲塊式凹模的三維圖</p><p>　　2.3 其他模具零件的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.上模座板，如圖2-10所示。</p><p>　　圖2-10 上模座板</p><p>　　2. 凸模墊板，如圖2-11所示。</p><p>　　圖2-11 凸模墊板</p><p>　　

76、3. 凹模壓緊圈，如圖2-12所示。</p><p>　　圖2-12 凹模壓緊圈</p><p>　　4. 凹模托板，如圖2-13所示。</p><p>　　圖2-13 凹模托板</p><p>　　5. 導(dǎo)柱，如圖2-14所示。</p><p><b>　　圖2-14 導(dǎo)柱</b><

77、/p><p>　　6. 導(dǎo)套，如圖2-15所示。</p><p><b>　　圖2-15 導(dǎo)套</b></p><p>　　7. 下模座，如圖2-16所示。</p><p>　　圖2-16 下模座</p><p>　　2.4 半固態(tài)擠壓模具的裝配圖</p><p>　　1.

78、 半固態(tài)擠壓模具的二維裝配圖，如圖2-17所示。</p><p>　　圖2-17 半固態(tài)擠壓模具二維裝配圖</p><p>　　2. 半固態(tài)擠壓模具的三維裝配圖，如圖2-18所示。</p><p>　　圖2-18 半固態(tài)擠壓模具的三維裝配圖</p><p>　　第三章 半固態(tài)擠壓工藝的選擇</p><p><

79、;b>　　3.1 擠壓件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　擠壓件的工藝性對擠壓件的質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率影響很大。擠壓件的外形多數(shù)是軸對稱形狀，設(shè)計(jì)擠壓零件時(shí)應(yīng)根據(jù)其擠壓變形的規(guī)律，對產(chǎn)品零件圖進(jìn)行適當(dāng)修改，使之成為具有良好擠壓工藝性的適合擠壓加工的零件。擠壓件按照成形時(shí)金屬流動和凸模運(yùn)動方向的關(guān)系可分為：正擠壓件、反擠壓件、復(fù)合擠壓件、徑向擠壓件、斜向擠壓件和鐓擠件。</p>

80、<p>　　本次設(shè)計(jì)的目的是將φ40mm的A356鋁合金棒材通過半固態(tài)擠壓模具擠壓成φ12mm的細(xì)長棒材。擠壓坯料如圖3-1所示，擠壓件如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-1 擠壓坯料 圖3-2 擠壓件 </p><p>　　3.2 選擇合適的半固態(tài)擠壓方式</p><p><b>　

81、　方案一：</b></p><p>　　選用正擠壓變形方式，擠壓時(shí)金屬流動方向與凸模運(yùn)動方向相同。適用各種形狀的實(shí)心件（用實(shí)心胚料），各種形狀的的管件、杯形件。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　選用反擠壓變形方式，擠壓時(shí)金屬流動方向與凸模運(yùn)動方向相反。適用各種形狀的杯形件。</p>&

82、lt;p>　　通過比較，發(fā)現(xiàn)方案一更適合。</p><p>　　3.3 半固態(tài)擠壓變形程度的計(jì)算</p><p>　　擠壓變形程度表示擠壓時(shí)金屬塑性變形量的大小，也就是被加工件的截面積和原始坯料截面積的變化程度。其中擠壓比和斷面縮減率就是擠壓變形程度的兩種表現(xiàn)方式。表3-1列出了部分有色金屬材料半固態(tài)擠壓的最大擠壓比，表3-2列出了部分材料冷擠壓變形程度。</p>&l

83、t;p>　　(1)擠壓比： </p><p>　　r=A0 /A1 式(3-1)</p><p>　　A0表示擠壓前坯料的橫截面積，mm2；</p><p>　　A1表示擠壓后坯料的橫截面積，mm2；</p><p>　　

84、計(jì)算將坯料擠壓成φ12mm時(shí)的擠壓比：</p><p>　　r=A0 /A1= ≈10.8</p><p>　?。?）斷面收縮率 : </p><p>　　εf = % 式(3-2)</p><p>　　計(jì)算將坯料擠壓成φ12mm時(shí)的斷面收縮率：</p><p>　　εf = %=

85、 %≈91% </p><p>　　表3-1 部分有色金屬材料半固態(tài)擠壓的最大擠壓比</p><p>　　表3-2 部分材料冷擠壓許用單位擠壓力及變形程度</p><p>　　根據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，此次設(shè)計(jì)的擠壓件無論從擠壓比還是從斷面縮減率來看，都小于許用的變形程度，故理論上可行。</p><p>　　3.4 擠壓力的計(jì)算</p>

86、<p>　　擠壓力是設(shè)計(jì)模具，選擇模具材料和擠壓設(shè)備噸位的依據(jù)。擠壓力的大小與擠壓材料的性能，擠壓件的變形程度，模具的幾何形狀和潤滑條件等許多因素有關(guān)。目前半固態(tài)擠壓力的計(jì)算公式法使用較多，比較符合生產(chǎn)實(shí)際情況。</p><p>　　半固態(tài)擠壓正擠壓力的計(jì)算公式如下：</p><p>　　P = (KN) 式（3-3）

87、 </p><p>　　當(dāng)平面凹?；虬寄ｅF角 時(shí)</p><p>　　m =2(ln + 2 + ) 式（3-4）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　D—凹模直徑，mm；</p><p>　　d—凹模工作孔直徑，mm；</p

88、><p>　　L—凹模模腔高度，mm；</p><p>　　—摩擦因數(shù)(有潤滑劑時(shí)可取0.1）；</p><p>　　—金屬在高溫時(shí)的抗拉強(qiáng)度，MPa。</p><p>　　m15=2(ln + 2 + )=2（ln+2)=10.6</p><p>　　m12=2(ln + 2 + )=2（ln+2)=11.0<

89、/p><p>　　P15 = = 12 1600(KN)</p><p>　　P12 = = 12 1660(KN)</p><p>　　3.5 擠壓設(shè)備的選擇</p><p>　　YQ32-200鍛壓機(jī)公稱力2000kN >1660KN，根據(jù)擠壓力的大小選擇YQ32-200理論上可行。在擠壓過程中，整個(gè)模具的工作行程為180mm +165

90、mm +20mm=365mm, YQ32-200滑塊最大行程700mm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足模具的使用，故選擇YQ32-200實(shí)際可行。</p><p>　　3.6 擠壓坯料的溫度</p><p>　　半固態(tài)擠壓溫度范圍指從擠壓開始溫度到擠壓中止溫度之間的一段溫度間隔。此溫度間隔應(yīng)保證被擠壓金屬坯料具有足夠的塑料、較低的變形抗力和較為理想的金相組織。半固態(tài)擠壓生產(chǎn)中，一般是根據(jù)金屬材料的種類、化學(xué)

91、成分、坯料的尺寸和產(chǎn)品零件的性能要求等確定金屬坯料的加熱溫度和擠壓溫度范圍。</p><p>　　A356鋁合金液相線6150C,其熔煉溫度一般在6650C～6750C。半固態(tài)擠壓時(shí)，加熱溫度一般是合金熔點(diǎn)絕對溫度的0.75～0.95倍，即4820C～6360C。考慮到半固態(tài)A356鋁合金坯料在5350C時(shí)，力學(xué)性能最好。此次噴射成形A356鋁合金的擠壓溫度我們選取了5400C、5600C兩種擠壓溫度，在達(dá)到設(shè)定

92、溫度后，再保溫十小時(shí)，進(jìn)行對比試驗(yàn)。</p><p>　　3.7 擠壓模具的預(yù)熱</p><p>　　除了坯料在擠壓前要加熱以外，擠壓模在擠壓前均要進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度一般選擇在150～3500C，當(dāng)然應(yīng)按擠壓坯料的溫度做適時(shí)的調(diào)整。本次設(shè)計(jì)結(jié)合A356鋁合金的特性，我們選擇的預(yù)熱溫度為3800C。</p><p>　　預(yù)熱的目的：（1）減少坯料與模具的接觸溫差。在生

93、產(chǎn)中，常因擠壓前沒有預(yù)熱模具或預(yù)熱模具不夠，是模具與坯料的溫差過大，造成模具表面溫度迅速上升，使模具表面層與中心層溫差過大，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，加上擠壓時(shí)變形力對模具造成的應(yīng)力很大，從而使模具開裂。（2）使擠壓坯料放入模具時(shí)降溫不致過大，以免使塑性降低，變形力增加；同時(shí)避免坯料表面和中心的溫差過大，增加變形的不均勻性，以致擠壓件和模具損壞【17】。</p><p>　　模具預(yù)熱方法主要有三種：（1）用噴燈進(jìn)行預(yù)熱；

94、（2）在模具上安裝專門的電阻預(yù)熱器；（3）利用加熱棒對模具進(jìn)行熱傳導(dǎo)【18】。此次設(shè)計(jì)我們采用加熱棒對模具進(jìn)行熱傳導(dǎo)加熱。</p><p><b>　　3.8 擠壓速度</b></p><p>　　金屬從?？字斜粩D出的速度稱為擠壓速度。影響擠壓速度的因素很多，比如坯料質(zhì)量，擠壓溫度、型材的外形、擠壓變形程度、模具結(jié)構(gòu)等影響。</p><p>　

95、　當(dāng)坯料晶粒細(xì)小,金相組織均勻，無氣孔、疏松、元素偏析時(shí)，可以適當(dāng)提高擠壓速度。</p><p>　　金屬在擠壓時(shí)，隨著擠壓溫度的升高，金屬流動性的不均勻性會增加。在整個(gè)擠壓過程中，坯料的變形區(qū)溫度也逐漸升高，且擠壓速度愈快，溫度也愈高，溫升可達(dá)到1000C左右。當(dāng)變形去溫度超過最高許可的臨界變形溫度時(shí)，金屬將進(jìn)入熱脆狀態(tài)而形成擠壓裂紋【19】。因而當(dāng)坯料溫度較高時(shí)，應(yīng)逐漸降低擠壓速度。</p>&

96、lt;p>　　制品的幾何形狀簡單、對稱性好、寬厚比小的制品擠壓速度相對可高一些；相反，制品的幾何尺寸復(fù)雜、寬厚比大、壁厚差懸殊、對稱性差的制品擠壓速度可相對慢一些【20】。</p><p>　　制品變形程度越大，所需擠壓力越大。同時(shí)金屬變形熱也越大，因而制品流出速度慢一些；反之，擠壓速度可快一些。</p><p>　　鋁合金型材擠壓時(shí)，采用何種類型的模芯，由型材特點(diǎn)決定。一般實(shí)心型材

97、采用平面模，空心型材采用舌型或分流組合模。對于A356合金來說，平面模比舌型模或分流組合模阻力小，因而擠壓速度可高一些。其次，從金屬與模型工作帶表面摩擦力角度考慮，模芯工作帶越硬、越光滑，擠壓速度應(yīng)快一些【21】。</p><p>　　在對制品質(zhì)量要求及設(shè)備的能力限制綜合考慮下，本次設(shè)計(jì)的擠壓速度應(yīng)選擇較低值，取2～5mm/s。</p><p><b>　　3.9 模具的潤滑&l

98、t;/b></p><p>　　潤滑的好壞，也是擠壓工藝的成敗的關(guān)鍵，因?yàn)闈櫥年P(guān)系到擠壓力的大小，擠壓件表面質(zhì)量和模具的使用壽命。在設(shè)備和模具條件已定的情況下，潤滑就成了決定的因素。</p><p>　　潤滑劑的性能要求：（1）具有良好的潤滑性能（2）具有良好的脫模性能（3）具有良好的冷卻和絕緣性能（4）具有高溫濕潤性能（5）具有良好的懸浮分散性能（6）不應(yīng)具有任何腐蝕性能【22】

99、。</p><p>　　半固態(tài)擠壓常用潤滑劑有石墨、二硫化鉬、玻璃粉等。因石墨具有良好的潤滑性能，特別是在不高于5000C時(shí)使用，充分顯示了其低摩擦因數(shù)的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)模具預(yù)熱溫度只有3800C，故我們選擇石墨作為模具的潤滑劑。</p><p>　　第四章 材料制備及熱處理工藝方案安排</p><p>　　4.1 主要試驗(yàn)設(shè)備</p><p&g

100、t;　　本次試驗(yàn)所用到的設(shè)備有：</p><p>　?。?）試樣制備采用四柱液壓機(jī)（型號：YQ32-200，數(shù)量：1臺）；</p><p>　?。?）熱處理采用箱式電阻爐（型號：SX2-8-10，數(shù)量：3臺）；</p><p>　?。?）拋光采用金相試樣拋光機(jī)（數(shù)量：1臺）；</p><p>　?。?）硬度測試采用顯微硬度機(jī)（型號：HVS-1

101、000，數(shù)量：1臺）；</p><p>　?。?）組織觀察采用金相顯微鏡（型號：XJZ-6A，數(shù)量：1臺）；</p><p>　　（6）拉伸性能測試采用拉伸試驗(yàn)機(jī)（型號：SHT-5105，數(shù)量：1臺）。</p><p><b>　　4.2 材料制備</b></p><p>　　本試驗(yàn)所用原材料為噴射成型A356鋁合金擠壓

102、棒材,其化學(xué)成分如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 A356鋁合金化學(xué)成分</p><p>　　該試驗(yàn)材料是采用噴射成型A356鋁合金沉積錠，壓力機(jī)進(jìn)行半固態(tài)擠壓試驗(yàn)，先將噴射成型A356鋁合金熱壓沉積錠在箱式加熱爐中進(jìn)行加熱并保溫10h，加熱溫度分別為540℃和 560℃，再分別將2個(gè)沉積錠放入擠壓模具中，擠壓成2個(gè)Φ12的半固態(tài)擠壓試驗(yàn)棒，然后人工鋸成圓柱體試樣，再對試樣

103、進(jìn)行熱處理。</p><p>　　4.3 熱處理工藝的制定</p><p>　　本試驗(yàn)的熱處理包括常規(guī)固溶處理、單級時(shí)效。固溶處理采用SX2-12-10箱式電阻爐和KSW系列溫度控制儀,并引入熱電偶進(jìn)行溫度監(jiān)控,控溫精度為±5℃。淬火介質(zhì)為室溫流動水,淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間<25s,淬火停放時(shí)間<24h；時(shí)效在101型電熱鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行,溫差為±1℃。</p&

104、gt;<p>　　4.3.1 固溶處理</p><p>　　固溶溫度:540℃和560℃，保溫時(shí)間:10h。</p><p>　　4.3.2 時(shí)效處理</p><p>　　本試驗(yàn)研究各工藝參數(shù)對組織和性能的影響。所以擠壓試驗(yàn)時(shí)準(zhǔn)備了2種型號下的棒料，因此在時(shí)效處理時(shí)采用了同種時(shí)效溫度，時(shí)效時(shí)間為15h，時(shí)效溫度為155℃。</p><

105、;p>　　第五章 工藝參數(shù)對組織和性能的影響</p><p>　　5.1 組織及性能檢測</p><p>　　5.1.1 硬度測量</p><p>　　硬度試樣從拉斷后的試驗(yàn)棒上截取,尺寸為φ12mm×15mm。試樣上、下兩面保持平整并互相平行,測硬度的表面經(jīng)砂紙粗磨、細(xì)磨后進(jìn)行拋光,不需用腐蝕劑腐蝕可直接測量。采用HVS-1000顯微硬度儀測量,

106、加載力為200gf,保持時(shí)間為10s。每個(gè)試樣測五個(gè)值,結(jié)果取其平均值。</p><p>　　在本次試驗(yàn)前期的擠壓試驗(yàn)中A356鋁合金共擠壓了2根試驗(yàn)棒，其具體參數(shù)為540℃和560℃。其中的540,560表示的是試驗(yàn)棒在箱式電阻爐中的加熱溫度，而此次試驗(yàn)時(shí)效時(shí)間跨度為24h，其中我們每隔3h一取。同時(shí)我們在每個(gè)參數(shù)下對未經(jīng)熱處理材料的硬度也做了測量，在得到其中的峰值后，為了驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，我們在峰值周圍又取了兩個(gè)

107、值，并測量了其硬度值，具體每個(gè)參數(shù)下的硬度值如下面各表所示。</p><p>　　表5.1 參數(shù)540℃的硬度</p><p>　　由表5.1作如下圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 硬度曲線圖</p><p>　　表5.2 參數(shù)560℃的硬度</p><p>　　由表5.2作如下圖5-2所示。<

108、/p><p>　　圖5-2 硬度曲線圖</p><p>　　綜合以上圖表，可以看出參數(shù)540℃在時(shí)效處理時(shí)間為15h的時(shí)候，強(qiáng)度是最高的，為了驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，我們在15h周圍又取了2個(gè)點(diǎn)，并進(jìn)行了同樣的熱處理后，同時(shí)測量了其硬度值，發(fā)現(xiàn)還是15h的時(shí)候硬度最高；參數(shù)560℃在時(shí)效處理時(shí)間為15h的時(shí)候，強(qiáng)度是最高的，為了驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，我們在15h周圍取了2個(gè)點(diǎn)，并進(jìn)行了同樣的熱處理后，測量其硬

109、度值，還是15h的時(shí)候硬度最高，最終我們決定把15h的點(diǎn)作為谷峰處。</p><p>　　5.1.2 金相組織觀察</p><p>　　金相顯微分析主要觀察固溶處理和時(shí)效后合金的組織,如第二相的形貌、大小、數(shù)量和分布等。金相試樣從拉斷后的試驗(yàn)棒上截取,尺寸與顯微硬度試樣相同。先將試樣截面在砂輪機(jī)上打磨平整,然后依次用240#、 W28#、 W14#、 W7#、W5# 砂紙進(jìn)行打磨,然后在機(jī)

110、械拋光機(jī)上進(jìn)行拋光,拋光布采用細(xì)呢子布,拋光劑采金剛石拋光劑。拋光后采用HF: HC1: HNO3: H2O=1:1.5: 2.5:95的Keller腐蝕劑進(jìn)行腐蝕。采用XJZ-6A金相顯微鏡進(jìn)行金相觀察及照片采集。 </p><p>　　5.1.3 拉伸試驗(yàn)</p>

111、<p>　　根據(jù)GB/T 16865-1997《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗(yàn)用試樣》制備拉伸試樣,試樣的尺寸如圖2-1所示。拉伸試驗(yàn)機(jī)型號為SHT-5105型,為微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),拉伸速率為3mm/min,每個(gè)測定值取二個(gè)試樣的平均值,測出相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率。</p><p>　　本次拉伸試樣尺寸如圖5-3所示。</p><p>　　圖5-3 拉伸試樣

112、</p><p>　　本次拉伸試驗(yàn)共拉伸了2根試驗(yàn)棒，在拉伸前為便于比較，我們對每個(gè)參數(shù)下的兩根試驗(yàn)棒都進(jìn)行了編號，A356鋁合金540℃的一根為1號棒，A356鋁合金560℃的一根為2號棒；試驗(yàn)結(jié)果詳見下面各圖表。</p><p>　　表5.3 1號棒試驗(yàn)報(bào)告</p><p>　　圖5-5 應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖</p><p>　　由以上圖