本研究針對我國當前易拉罐
鋁材生產(chǎn)中存在的鑄錠內部冶金質(zhì)量較國外的差、熱軋加工工藝控制水平較落后等關(guān)鍵問(wèn)題,采用高效鋁熔體綜合處理技術(shù)制備易拉罐用鋁材,通過(guò)動(dòng)態(tài)熱/力模擬試驗以及OM、TEM等現代分析手段,較系統地研究了熱變形條件對該材料經(jīng)均勻化后的高溫流變應力行為和微觀(guān)組織特征的影響規律,并通過(guò)試驗數據的回歸分析等,求解了該材料的材料常數、高溫流變應力方程以及熱變形微觀(guān)組織性能的預測模型,探討了該材料熱變形過(guò)程中的動(dòng)態(tài)軟化機理。獲得了以下主要研究結果: (1)各試驗條件下,流變應力在達到峰值之后均表現出了不同程度的軟化。變形溫度對高溫流變應力具有顯著(zhù)的影響,在應變速率一定的條件下,隨著(zhù)變形溫度的升高,動(dòng)態(tài)軟化的趨勢也越明顯,流變應力降低,峰值應力對應的真應變值減小,進(jìn)入穩態(tài)流變的真應變值則增大。應變速率對高溫流變應力的影響較復雜,當應變速率低于1.0s-1時(shí)影響較顯著(zhù),隨應變速率的增大,流變應力明顯提高,增大,而值則減??;當應變速率高于1.0s-1時(shí)的影響減弱。在較高的應變速率和變形溫度條件下,流變應力曲線(xiàn)還表現出了多峰值的特征。此外,穩態(tài)流變應力與應變速率、變形溫度之間滿(mǎn)足Arrhenius方程,進(jìn)一步表明該材料的熱變形是受熱激活控制的塑性變形過(guò)程。 (2)采用作圖法、最小偏差法和回歸分析法求得的易拉罐用鋁材的材料常數相當,其中最小偏差法求得的材料常數為:=189.95kJ/mol,=2.16×1013, =5.1914,=0.02185,該材料的熱變形激活能遠高于純鋁的自擴散激活能,也大于壓力罐用鋁材的熱變形激活能,但低于鑄態(tài)易拉罐用鋁材的熱變形激活能。這主要是由于易拉罐用鋁材中Mn、Mg等合金元素降低了層錯能,使得位錯交滑移能力降低,更有利于產(chǎn)生動(dòng)態(tài)再結晶。
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45度角切割機(3)通過(guò)多元線(xiàn)性回歸分析,建立了流變應力與應變速率、真應變、變形溫度的經(jīng)驗半定量關(guān)系;但充分慮到變形條件對加工硬化速率和動(dòng)態(tài)軟化速率的影響,又進(jìn)一步采用Laasraoui與Jonas的峰前應力模型和Jonson-Mehl-Avrami的再結晶動(dòng)力學(xué)模型,求得了更為準確的高溫流變應力方程。 (4)變形溫度對易拉罐用鋁材熱變形微觀(guān)組織的影響很顯著(zhù)。隨著(zhù)變形溫度的升高,晶粒組織明顯長(cháng)大。變形溫度低于400℃時(shí),晶粒分布較不均勻,TEM觀(guān)察還發(fā)現晶粒存在被拉長(cháng)的趨勢,晶內的位錯密度也較高。變形溫度高于400℃時(shí),開(kāi)始形成等軸且均勻分布的再結晶晶粒,晶內位錯密度較低。應變速率對易拉罐用鋁材熱變形微觀(guān)組織的影響較復雜。應變速率低于0.1s-1時(shí)晶粒較粗大,晶內位錯密度也較低;應變速率高WP=3于1.0s-1時(shí),晶粒便出現了被拉長(cháng)的趨勢,晶內位錯密度明顯升高;應變速率10.0s-1時(shí),通過(guò)TEM觀(guān)察到細小晶粒,該變形條件下可能發(fā)生了幾何動(dòng)態(tài)再結晶。變形量對微觀(guān)組織也有明顯的影響。變形量較小時(shí),晶粒有被拉長(cháng)的趨勢,個(gè)別區域已經(jīng)出現了細小的再結晶晶粒;變形量50%時(shí),已發(fā)生了較充分的動(dòng)態(tài)再結晶,晶粒呈等軸狀;隨著(zhù)變形量的進(jìn)一步增大,再結晶晶粒又一次被拉長(cháng)。 (5)晶粒尺寸d與Zener-Hollomon參數或與穩態(tài)流變應力之間存在類(lèi)似Hall-Patch的關(guān)系,說(shuō)明該材料的組織和性能受Z參數控制,即同時(shí)改變變形溫度和應變速率而保持Z值不變則可獲得一樣的熱變形組織和性能,該關(guān)系可用于易拉罐用鋁材熱變形組織性能的預測和控制。 (6)TEM觀(guān)察表明,該材料在熱變形過(guò)程中主要通過(guò)重復多邊化形成豐富的亞晶組織,通過(guò)亞晶的合并長(cháng)大形成動(dòng)態(tài)再結晶晶核,并通過(guò)晶界的遷移完成再結晶晶粒的長(cháng)大;材料組織中的雜質(zhì)相、夾雜物和均勻化處理后形成的細小彌散第二相等會(huì )阻礙位錯運動(dòng),提高了變形儲能,為動(dòng)態(tài)再結晶創(chuàng )造了有利條件,因此經(jīng)均勻化處理的易拉罐用鋁材較鑄態(tài)的具有更明顯的動(dòng)態(tài)再結晶特征。
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