CN104764659A - 一种半固态坯料多向压缩试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半固态坯料多向压缩试验方法，属于半固态金属变形行为的研究领域。本发明所述方法将所要研究的半固态合金放置在模具中，在三向载荷作用下利用热力模拟试验机对其进行压缩变形；具体包括：测量半固态合金的液固相线点，采用应变诱导熔化激活法制备出半固态坯料，切好挤压材料，设计好多向挤压模具，根据不同的挤压温度、保温时间、挤压速度、变形量进行挤压，最后得到多向压缩模拟成形件；本发明具有操作简单、控制方便、充型效果好、可研究压缩过程流动偏析等优点；解决了现有技术中半固态坯料压缩模拟只依赖于单向压缩模拟实验而无法贴近现实挤压铸造充型零件生产的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种半固态坯料多向压缩试验方法，属于半固态金属变形行为的研究领域。
背景技术
半固态金属技术源于20世纪70年代，它是一种在固液相线内成形的技术，该技术成形具有充型平稳、零件致密度高、缺陷少、机械性能好等特点，在航空航天、汽车零部件等领域有广阔的应用前景。其中，通过热力模拟压缩方法模拟研究出适合应用于实际半固态零件充型生产的参数，包括变形速率、变形温度、变形量，是半固态金属成型技术的重要内容，是半固态金属成型的关键及必要条件。半固态压缩模拟参数决定了现实半固态金属成型件的质量以及是否能成型的条件。
半固态金属热力模拟实验主要以单向压缩模拟实验为主，圆柱形试样在热力模拟试验机冲头作用下进行单向自由压缩变形，变形后获得半固态金属应力-应变曲线，通过观测变形前后半固态金属微观组织、分析应力-应变曲线，研究半固态金属流动特征、触变行为、液固两相流动变形规律、组织演变规律，揭示半固态金属变形行为。单向压缩实验是研究半固态金属变形行为的最常用方法，但是由于其研究半固态金属变形行为时试样只是在单向载荷状态下的变形行为，该单向应力状态下获得的变形行为不能完全真实反映半固态金属在实际成形过程中的变形行为，导致其研究的结果存在局限性，准确性不够。因此，若能通过改进热力模拟试验方法揭示半固态金属在真实成形过程中的变形行为，则对揭示半固态金属实际变形行为、优化成形工艺参数、提高成形件质量具有重要意义，能够进一步拓展半固态成形技术的应用价值和范围。目前，也有一种模拟半固态金属多向压缩的试验方法，它是在单向压缩实验的基础上，先单向自由压缩试样的一个表面，然后将试样旋转一定角度，再进行一次单向自由压缩变形，然后再旋转试样，再进行单向自由压缩，如此反复进行单向自由压缩变形。该方法比单纯的单向自由压缩变形更能够接近金属实际的变形行为，但是它增加了实验的次数，每一次压缩时试样只是单纯受一个方向的压应力，与真实金属成形时承受的三向应力状态不相符，因此，实验获得的金属变形行为的结果也不准确。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：单向压缩模拟实验无法准确反映半固态金属实际成形时的变形行为。
本发明的目的是提供了一种半固态金属多向压缩试验方法：将所要研究的半固态合金放置在模具中，在三向载荷作用下利用热力模拟试验机对其进行压缩变形。
本发明另一目的是提供所述半固态坯料多向压缩试验方法在研究半固态合金实际变形行为中的应用，首先测量金属或合金坯料的液相线温度和固相线温度，采用应变诱导熔化激活法制备出半固态坯料，根据所要研究半固态合金实际的变形工况，设计并加工多向压缩模拟实验模具并制备试样，对其进行二次重熔，按照设定工艺参数对试样进行压缩变形，从而研究半固态金属真实成形过程中的变形行为，具体包括如下步骤：
（1）测量金属或合金坯料的液相线温度和固相线温度；
（2）采用应变诱导熔化激活法制备出半固态坯料，具体就是首先对合金进行再结晶温度以上的热塑性变形，然后加热至半固态温度区间并保温；
（3）根据所要研究半固态合金实际的变形工况，设计并加工多向压缩模拟实验模具，并根据模具结构制备试样，对其进行二次重熔；
（4）根据不同的变形温度、保温时间、挤压速度、变形量对试样进行压缩得到多向压缩成型件，最后研究变形温度、保温时间、压缩速率、变形量对材料性能的影响，得到半固态合金在模拟真实变形过程中的流变特征、触变行为、组织特征。
本发明的特点：采用应变诱导熔化激活法制备半固态金属，设计一套模拟半固态金属真实成形的模具，将半固态金属放入模具内对其进行压缩变形，分析变形条件对半固态金属应力-应变、流动行为、触变行为、组织特征的影响规律，获得模拟半固态金属真实成形的变形行为；主要就是设计一套模具，使半固态金属在模具的约束下进行非自由变形，从而获得更真实的半固态金属变形行为。
本发明的优点和有益效果是：
（1）采用本发明，改变了过去模拟压缩实验只是单向自由压缩变形的受力状况，获得的结果更接近半固态金属真实的变形状况。
（2）采用本发明，解决了过去多向压缩实验变形工序过多、操作繁琐、半固态金属变形行为结果不准确等问题。
（3）本发明步骤少，模具结构简单，成本低，实验周期短，方便实施。
附图说明
图1为本发明实施例1~2设计的模具图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明实施例1获得的ZCuSn10锡青铜合金半固态组织。
图中：1 -凹模；2 -冲头；3 -压缩试样；4 -试验机夹头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例1~2所使用模具如图1所示，包括凹模1、冲头2、试验机夹头4，凹模1一端连接试验机夹头3，另一端连接冲头2，冲头2一端连接试验机夹头3，压缩试样3放置在凹模1内。
实施例1
本实施例所述半固态坯料多向压缩试验方法：将所要研究的半固态合金放置在模具中，在三向载荷作用下利用热力模拟试验机对其进行压缩变形。
半固态坯料多向压缩试验方法在研究半固态ZCuSn10锡青铜变形行为中的应用，具体包括以下步骤，如图2所示：
（1）测量金属或合金坯料的液相线温度和固相线温度；本实施例中合金为ZCuSn10锡青铜合金，利用差示扫描量热法测量该合金的固相线温度为830℃，液相线温度为1020℃；
（2）采用应变诱导熔化激活法制备出半固态坯料：首先对ZCuSn10锡青铜合金进行再结晶温度以上50℃的镦粗变形，将合金加热至480℃在压力机上直接进行镦粗，累计变形量为30%；然后加热至900℃保温45分钟，水淬获得半固态坯料；
（3）根据所要研究半固态合金实际的变形工况，设计并加工多向压缩模拟实验模具，并根据模具结构制备试样，对其进行二次重熔；设计一套挤压变形模具，然后将试样加工为φ10×15的圆柱体；
（4）根据不同的变形温度、保温时间、挤压速度、变形量对试样进行压缩得到半固态多向压缩成型件，最后研究变形温度、保温时间、压缩速率、变形量对材料性能的影响，得到半固态合金在模拟真实变形过程中的流变特征、触变行为、组织特征。本实施例中，将圆柱体试样放入挤压模具内，利用Gleeble热力模拟试验机对试样进行表1所示变形条件的压缩变形试样，压缩变形后水淬获得试样。
表1 Gleeble热力模拟实验参数
实施例2
本实施例所述半固态坯料多向压缩试验方法：将所要研究的半固态合金放置在模具中，在三向载荷作用下利用热力模拟试验机对其进行压缩变形。
半固态坯料多向压缩试验方法在研究半固态ZCuSn10P1锡青铜变形行为中的应用，具体包括以下步骤：
（1）测量金属或合金坯料的液相线温度和固相线温度；本实施例中合金为ZCuSn10P1锡青铜合金，利用差示扫描量热法测量该合金的固相线温度为820℃，液相线温度为1003℃；
（2）首先对ZCuSn10P1锡青铜合金进行再结晶温度以上50℃的轧制变形，将合金加热至410℃在两辊热轧机上直接进行多道次热轧变形，累计变形量为20%；然后加热至860℃保温30分钟，水淬获得半固态坯料；
（3）根据所要研究半固态合金实际的变形工况，设计并加工多向压缩模拟实验模具，并根据模具结构制备试样，对其进行二次重熔；设计一套铸造充型模具，然后将试样加工为φ8×12的圆柱体；
（4）根据不同的变形温度、保温时间、挤压速度、变形量对试样进行压缩得到半固态多向压缩成型件，最后研究变形温度、保温时间、压缩速率、变形量对材料性能的影响，得到半固态合金在模拟真实变形过程中的流变特征、触变行为、组织特征。本实施例中，将圆柱体试样放入铸造充型模具内，利用Gleeble热力模拟试验机对试样进行表2所示变形条件的压缩变形试样，压缩变形后水淬获得试样。
表2 Gleeble热力模拟实验参数
结果表明本发明具有操作简单、控制方便、充型效果好、可研究压缩过程流动偏析等优点。
Claims (2)
1.一种半固态坯料多向压缩试验方法，其特征在于：将所要研究的半固态合金放置在模具中，在三向载荷作用下利用热力模拟试验机对其进行压缩变形。
2.权利要求1所述的半固态坯料多向压缩试验方法在研究半固态合金实际变形行为中的应用，具体包括以下步骤：
（1）测量金属或合金坯料的液相线温度和固相线温度；
（2）采用应变诱导熔化激活法制备出半固态坯料：首先对合金进行再结晶温度以上的热塑性变形，然后加热至半固态温度区间并保温；
（3）根据所要研究半固态合金实际的变形工况，设计并加工多向压缩模拟实验模具，并根据模具结构制备试样，对其进行二次重熔；
（4）根据不同的变形温度、保温时间、挤压速度、变形量对试样进行压缩得到半固态多向压缩成型件，最后研究变形温度、保温时间、压缩速率、变形量对材料性能的影响，得到半固态合金在模拟真实变形过程中的流变特征、触变行为、组织特征。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105181440A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-23 | 河南科技大学 | 侧向热挤压保护装置及使用该装置的热模拟试验机 |
| CN108246998A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-06 | 昆明理工大学 | 一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法 |
| CN111220454A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-02 | 重庆大学 | 一种半固态合金成形性能检测装置及方法 |
| CN113030166A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种高熵合金半固态流变学行为的测量装置及其使用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761472A1 (fr) * | 1997-03-28 | 1998-10-02 | Renault | Dispositif d'essais mecaniques multiaxiaux, a haute temperature, sur des materiaux a faible cohesion |
| CN101169357A (zh) * | 2007-11-22 | 2008-04-30 | 重庆大学 | 比较金属热挤压成形性的判定方法 |
| CN103230954A (zh) * | 2013-04-16 | 2013-08-07 | 西安交通大学 | 一种冰箱与空调压缩机曲轴半固态金属成形多向挤压模具 |
| CN203526516U (zh) * | 2013-09-09 | 2014-04-09 | 台州职业技术学院 | 多向挤铸液态模锻成型模具 |
-
2015
- 2015-03-19 CN CN201510120577.0A patent/CN104764659A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2761472A1 (fr) * | 1997-03-28 | 1998-10-02 | Renault | Dispositif d'essais mecaniques multiaxiaux, a haute temperature, sur des materiaux a faible cohesion |
| CN101169357A (zh) * | 2007-11-22 | 2008-04-30 | 重庆大学 | 比较金属热挤压成形性的判定方法 |
| CN103230954A (zh) * | 2013-04-16 | 2013-08-07 | 西安交通大学 | 一种冰箱与空调压缩机曲轴半固态金属成形多向挤压模具 |
| CN203526516U (zh) * | 2013-09-09 | 2014-04-09 | 台州职业技术学院 | 多向挤铸液态模锻成型模具 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 张发云: "《AZ61镁合金SIMA法半固态制备及二次加热的研究》", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105181440A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-23 | 河南科技大学 | 侧向热挤压保护装置及使用该装置的热模拟试验机 |
| CN105181440B (zh) * | 2015-09-14 | 2018-11-27 | 河南科技大学 | 侧向热挤压保护装置及使用该装置的热模拟试验机 |
| CN108246998A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-06 | 昆明理工大学 | 一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法 |
| CN108246998B (zh) * | 2018-01-30 | 2020-02-07 | 昆明理工大学 | 一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法 |
| CN111220454A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-02 | 重庆大学 | 一种半固态合金成形性能检测装置及方法 |
| CN111220454B (zh) * | 2020-03-19 | 2022-06-21 | 重庆大学 | 一种半固态合金成形性能检测装置及方法 |
| CN113030166A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种高熵合金半固态流变学行为的测量装置及其使用方法 |
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