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半固態巴氏合金的壓縮變形力學行為分析

 

       半固態巴氏合金的壓縮變形力學行為分析,半固態加工由于兼具了鑄造和鍛壓的優點,得到了研究者的重視。半固態金屬既具有流變特性,也具有一定的粘塑性變形特性。只有獲得半固態金屬變形時的真應力-應變關系,才能更好地表征半固態金屬固、液兩相協同流動的力學行為。目前,國內外研究人員對半固態變形行為展開了大量研究,但是對于巴氏合金的半固態加工研究的相對較少。鄭州創山有色金屬有限公司以半固態巴氏合金為實驗材料,在相關半固態巴氏合金力學行為的研究基礎上,采用熱/力模擬試驗機,研究了半固態巴氏合金在單向等溫壓縮過程中的力學行為,得出了半固態巴氏合金在不同應變速率、不同加熱溫度下真應力-應變關系,并分析其變形規律。

  一、實驗材料及方法
  實驗材料采用巴氏合金。采用差示掃描量熱儀確定巴氏合金的固、液兩相區溫度區間為830-1020℃。半固態溫度區間壓縮變形試樣分為兩類:一類是常規鑄造的巴氏合金試樣,試樣組織中初生α相呈較大的枝晶狀;另一類試樣時采用應變誘發熔化激活法制備的半固態巴氏合金試樣。兩種方式制備的巴氏合金凝固組織。可以看出,采用SIMA法制備的巴氏合金晶粒明顯細化,組織中出現大量的球狀初生α相。半固態巴氏合金試樣的制備過程為:巴氏合金在1180℃時澆入金屬型,凝固后開模取出巴氏合金鑄錠,空冷,在巴氏合金鑄錠上截取試樣,機加工為25mm*25mm*150mm的矩形棒料作為軋制試樣,通過控制軋制壓下量得到預變形量為14%的巴氏合金試樣;半固態等溫過程在910℃下進行,保溫時間為25min,保溫處理后立即水淬,得到半固態巴氏合金試樣。
  二、實驗結果及分析
  1.不同溫度下巴氏合金的壓縮變形
  半固態和常規鑄造巴氏合金在應變速率為10.0s、總變形量為0.6、不同溫度下壓縮真應力-應變曲線。可以看出,無論是常規鑄態的巴氏合金還是半固態巴氏合金,壓縮變形溫度對變形過程的影響非常明顯。真應力-應變曲線整體呈現的變化趨勢是一致的,在壓縮開始時,形變應力迅速上升到最高點,然后形變應力又逐漸降低,中間有較小的波動,但是最后都緩慢降低到一個較低的穩定值。這是由于,在壓縮變形剛開始時,隨著壓縮應變的增加,壓縮應力快速上升,直至達到半固態巴氏合金的屈服強度極限。隨后,由于壓縮應力對巴氏合金試樣的剪切作用,半固態巴氏合金試樣中初生α相顆粒被液相包裹,液相的潤滑作用使得滑移轉動更加容易進行,降低了固相顆粒間的摩擦力,使壓縮應力降低。隨著壓縮的壓縮的進行,半固態巴氏合金試樣中的液相在外力的作用下向試樣邊緣的自由變形區流動,在壓縮變形后期,巴氏合金試樣心部的液相越來越少,應力峰值過后,隨著應變量的增大,應力下降并達到穩定的過程中,溫度對應力的影響無明顯規律,說明溫度主要影響峰值應力,對穩態的影響較小。在應力降低過程中的小波動,可能與變形應力數值的誤差有關。
 
  2.不同應變速率下巴氏合金的壓縮變形
 
  在半固態巴氏合金試樣壓縮變形時,應變速率對變形過程的影響也很明顯。半固態巴氏合金在相同應變量和變形溫度,不同變形速率下的壓縮應力-應變曲線。可以看出,當應變速率不同時,半固態巴氏合金試樣壓縮變形時的應力-應變關系的變化趨勢是一致的,即在應力達到峰值一千,相同應變下,應變速率越小,變形應力就越小。這是由于,在達到應力峰值以前,半固態巴氏合金未達到屈服極限,隨著應變速率的增大,液相包裹的α固相顆粒轉動滑移速度加快,壓縮變形的阻力就會加大,造成變形應力的增大。
 
  鄭州創山有色金屬有限公司利用熱模擬機對半固態巴氏合金的壓縮變形行為進行了研究。結果表明,當應變速率、應變量相同時,壓縮變形溫度越高,半固態巴氏合金試樣的壓縮變形應力就越低。當變形溫度、應變量相同時,在未達到峰值應力前,半固態巴氏合金試樣的壓縮應力隨著應變速率的增加而增加。當應變速率、變形溫度和應變量相同時,半固態巴氏合金試樣的壓縮應力明顯低于常規鑄態的巴氏合金壓縮式樣的壓縮應力。更多請點擊:http://www.eocjqbpj.cn/ 

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