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等溫鍛造輪轂鍛件的組織與分析（下）[ 02-08 10:05 ]

圖5-7是輪轂招合金鍛件3號區固溶時效態顯微組織、等效應變和金屬流動圖。鍛件3號區為輪轂杯型內圈底端區域。鍛件3號區邊部組織如圖5-7（a）所示，鍛件存在明顯的纖維組織，化合物破碎程度較高，主要以顆粒狀分布，未觀察到骨豁狀化合物，同時再結晶條帶寬度窄。鍛件3號區輪轂鍛件內部顯微組織如圖5-7（b）與鍛件邊部組織相比，其再結晶條帶不如圖5-7（a）那么平直，同時結晶相以骨豁狀和顆粒狀分布，再結晶條帶更粗。3號區等效應變分布圖和金屬流動規律圖如圖5-7(c)圖5-7(d)所示，此處金屬在變形過程中等效應變較高，靠近模具

等溫鍛造輪轂鍛件的組織與分析（上）[ 02-08 09:05 ]

2A14鋁合金輪毅等溫模鍛件在熱變形過程中，由于各個部位金屬流動規律不同，等效應變不同，將影響輪毅鍛件的顯微組織，并將對鍛件的最終組織造成影響。2A14鋁合金輪毅等溫模鍛件經過500℃固溶2小時，180℃時效12小時后后，選取不同部位的特征區域，特征區域位置見圖5-4。通過對比等效應變和顯微組織，分析輪毅鍛件的等效應變與組織的關系。圖5-5是2A14鋁合金等溫鍛造輪毅1號區域的固溶時效態顯微組織、等效應變及金屬流動速度圖。鍛件1號區為輪毅輪緣，在等溫鍛造過程中最后充填成形。選取靠近下模邊緣和輪緣心部特征點進行顯微組

等溫鍛造輪轂的流線[ 02-08 08:05 ]

圖5-4為2A14鋁合金鍛件沿徑向部位剖開后，經NaOH和HN03水溶液腐蝕的流線。從圖中可以看出，流線沿著輪毅的輪廓方向分布，流線完整，沒有出現明顯的穿流、折疊等缺陷。表明采用第四章中設計的模具和潤滑等工藝方案合適，得到了流線分布合理的鋁合金等溫模鍛輪毅鍛件。鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產品加熱爐,工業爐,節能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理設備，歡迎致電咨詢:0510-88818999

等溫鍛造實驗載荷[ 02-07 10:05 ]

圖5-3為輪轂等溫鍛造時壓機自動記錄下的載荷與仿真得到的載荷行程曲線。與計算機仿真得到的載荷行程曲線相對比，兩者基本吻合。計算機仿真中，鍛造所需要的載荷為1729T而實際所需載荷較低，為1661T略低于仿真數據，這是由于輪緣接近成形時，輪緣部位會對套筒產生頂力從而抬高套筒，少量擠出飛邊，使金屬有更大的空間流動，載荷降低，而仿真過程中未考慮這個情況。鳳谷工業爐集設計研發,生產銷售,培訓指導,售后服務一體化,專利節能技術應用,每年為企業節省40%-70%的能源成本,主要產品加熱爐,工業爐,節能爐,蓄熱式爐,垃圾氣化處理

2A14鋁合金輪毅等溫模鍛實驗方案[ 02-07 09:05 ]

在通過基礎材料實驗和有限元模擬獲得了合適的工藝參數后，進行2A14鋁合金鍛件的等溫模鍛成形實驗研究，在鍛造溫度為420℃，壓下速度為0.05mm/s時進行鍛造，所需載荷較高，在鍛造行程為65mm時超過壓機加工能力，此時輪緣部位未完成充形，形成充不滿缺陷，如圖5-1所示。在第四章的仿真中，發現壓下行程為60mm時充滿模腔壓下進入輪緣充填階段其后載荷會急劇上升;行程為75mm時進入輪緣充型階段，開始充填模腔，為了控制壓機的負荷，分成兩段壓下:0-60mm,  0.05mm/s;  60-75mm,

輪轂等溫鍛造的分析與討論[ 02-07 08:05 ]

通過計算機仿真實驗，可知由于機輪輪毅具有高筋薄壁的特點，金屬充填模腔的過程中，金屬受到模具的阻礙分流，在模角處具有最大的等效應變，變形量最大。鍛件整體的等效應變都在1以上，也就是鍛件各處的變形量都超過了90%。劇烈的變形程度會導致加工硬化程度急劇上升，導致成形載荷過高，容易發生再結晶，故此鍛件必須在較高的變形溫度下加工。同時，模具的致冷作用也會影響成形載荷和鍛件組織，故使用等溫鍛造技術制造此類鍛件是非常必要的。從工藝參數對仿真結果影響可知，壓下速度為0.05mm/s時，鍛造溫度在420℃時，就超過了壓機載荷;當鍛造

摩擦和潤滑對輪轂等溫鍛造的影響[ 02-06 10:05 ]

在金屬加工過程中，摩擦效果越好，鍛件的質量越好，所需的載荷越低。但是針對不同的鍛件，不同的材料，不同的加工過程，潤滑作用的機理和效果是相當復雜的。摩擦力不僅取決于壓力的大小，還與鍛造速度，變形程度和表面參數等因素有關，如何描述鍛造過程中的摩擦力，本身就是一個很復雜的難題。而且，在鋁合金等溫鍛造成型過程的潤滑工藝中，具有潤滑劑不能連續導入;潤滑劑對制品外形、尺寸精度、表面質量影響較大;同時要求潤滑劑有助與鍛件脫模等特點。等溫鍛造潤滑工藝的特點又決定了鍛造過程中潤滑劑會發生流失、聚集，而這個過程是有限元模擬無法預測的。

速度對輪轂等溫鍛造的影響[ 02-06 09:05 ]

在鍛造溫度為460℃，不同壓下速度的輪毅等效應變如圖4-16所示，圖中可以看出，速度在0.01mm/s-0.5mm/s范圍內變化，也就是應變速率在一個較低的條件下，不同鍛造速度下鍛件整體等效應變的分布規律差異不大。鍛造速度會直接影響鍛造后的組織，根據第三章中的研究，鍛造速度較大，也就是應變速率較高的情況下，鍛件更容易發生局部的嚴貢再結晶，造成粗大晶粒從而破壞鍛件的性能。圖4-17為鍛件典型部位（圖4-13在不同變形速度下的等效應變數值變化規律。變形速度為0.05mm/s和0.5mm/s時，鍛件的等效應變數值接近，但

溫度對輪轂等溫鍛造的影響[ 02-06 08:05 ]

2A14鋁合金輪毅在不同溫度等溫模鍛的應變分布如圖4-12所示。鍛造溫度在400℃-460℃范圍內變化，等效應變場的分布情況差異不明顯。這說明鍛造溫度在400℃ -460℃范圍內變化，對鍛件變形的應變分布沒有明顯影響。在鍛件內部取4個典型部位進行點追蹤分析，取點位置見圖4-13所示。得到此4個部位在不同變形溫度下的等效應變數值變化規律(圖4-14 )。隨著變形溫度的降低，4個部位等效應變有所升高，但是在400℃ -460℃溫度范圍內，應變變化規律并沒有明顯差異。說明變形溫度在此范圍內變動，對鍛件的宏觀應變分布影響并

鋁鍛件的應變的模擬分析[ 02-05 10:05 ]

本文使用應力云圖進行觀察，標尺統一設定為5，應變的大小隨著顏色的變化而展示在圖中。等效應變的分布是表示工件在不同區域的總累積變形的參數。應變分布云圖中(圖4-11)，變形首先發生在受到下模和頂桿阻礙的部位，高應變首先沿著模具輪廓特別是模角處分布，見圖4-11 (a)。隨著鍛造過程的進行，在橫向未充滿時，應變呈現類似墩粗過程中的X字形分布，坯料頂部開始變形，見圖4-11 (b)。當橫向充填完畢，作類似擠壓變形，各個部位應變上升。這個過程中，杯型內外圈等效應變急劇上升，頂桿處由于處于金屬分流處，金屬流動劇烈，變形開始擴

2A14擠壓退火態等溫壓縮變形顯微組織[ 02-05 09:05 ]

圖3.7和圖3.8分別為擠壓變形態坯料在不同變形條件下的等溫壓縮變形組織。等溫壓縮變形溫度范圍為370℃-490℃，圖3.7等溫壓縮應變速率為0.005/s圖3.8等溫壓縮應變速率為0.0005/s。從圖中可以看出，退火過程中發生的再結晶熱變形過程中遺傳。在各種變形條件下都可以觀察到主要存在以骨骼狀分布的黑色析出相，且骨骼狀析出相大部分附著在條帶局部再結晶區域上。與初始擠壓退火態組織相比(圖3.2 )，顆粒狀黑色析出相部分溶于基體，數量顯著減少，但附著在條帶局部再結晶區域上的骨骼狀黑色相仍然存在。當變形溫度較高時(

等溫壓縮試驗過程[ 02-05 08:05 ]

1實驗設備及其原理熱模擬實驗在中南大學Gleeble-1500熱模擬實驗機上進行。實驗過程中，將對工程應力、工程應變、位移、溫度以及時間等參數進行記錄。通過數據處理將工程應力和工程應變轉換為真應力和真應變，獲得真應力一真應變曲線。2實驗試樣制備采用2A14擠壓棒材，分為兩個批次采購，合金化學成分(Wt%)基本相同，為:Si 1.0 ,Cu 4.76 ,Mn 0.64 ,Mg 0.6 ,Al余量?；瘜W成分符合試樣在擠壓坯料上同一深度取樣，樣品軸線與棒材軸線平行。線切割加工成直徑為10 mm，高為1 Smm圓柱形試樣，

鋁鍛件的應力的模擬分析[ 02-04 10:05 ]

圖4-10是坯料在不同時刻各區域的應力分布情況?？梢钥闯?，隨著變形過程的進行，應力逐漸增大。從圖4-10(a)中可以看出，在擠壓開始階段，累計應力最大的區域為坯料與下模和頂桿接觸的周圍區域，此處金屬大部分向杯型內圈流動，一部分向杯型外圈流動。由于分流比的差異，坯料的心部更易于向杯型內圈填充，所以鍛件杯型內圈的應力比杯型外圈的應力高。由圖4-10(b)中可以看出，擠壓初始應力最大的區域分布在與下模接觸的周圍，坯料上端有很大的一部分區域應力較低，這部分類似擠壓變形中的死區。由圖4-10 (c)中可以看出，杯型內圈先于杯

2A14擠壓變形等溫壓縮變形顯微組織[ 02-04 09:05 ]

圖3.3和圖3.4分別為擠壓變形態坯料在不同變形條件下的等溫壓縮變形組織。等溫壓縮變形溫度范圍為370℃-490℃，圖3.3等溫壓縮應變速率為0.005/s圖3.4等溫壓縮應變速率為0.0005/s。通過圖3.3和圖3.4的對比，在變形溫度范圍為370℃-490℃時，應變速率的變化對微觀組織的影響不敏感。在應變速率范圍為0.0005/s-0.005/s內，變形溫度在460℃以下時，沒有觀察到明顯的再結晶組織;變形溫度超過460℃，觀察到白色條帶，熱變形過程發生了少量動態再結晶。這是由于擠壓坯料本身位錯密度較高，位錯

高強鋁合金本構方程的研究現狀[ 02-04 08:05 ]

進行計算機模擬仿真，必須測試鋁合金材料在等溫鍛造工藝條件周圍不同溫度和不同應變速率下的力學性能，評估其流變應力行為。一般來說，加工過程中的力學行為通過本構方程進行描述。本構方程描述材料變形的基本信息，它用數學方法整合在熱加工變形條件下材料變形熱力參數之間的數量關系，即流動應力與應變、應變速率以及溫度之間的相互關系。材料的本構模型的獲得，通過等溫壓縮、扭轉和拉伸等實驗方法獲得材料的應力一應變曲線，并根據材料的流動應力變化特點和工藝條件的不同，計算得到本構方程。表1-1是在不同條件下典型的本構方程模型。在實際的研究過程

金屬流動規律[ 02-03 10:05 ]

圖4.7為鍛造成形時的金屬流動，鍛造成型過程可以分為兩個階段:第一個階段:擠壓成型階段。在成型初始階段，坯料開始充填了坯料與套模的徑向間隙。在下模的作用下，金屬逐步擠入模腔，此時，坯料可以分為上模沖下的直接受力區和與下模接觸的環形間接受力區兩部分。直接受力區內，由于坯料橫向流動被限制，金屬向下流動，直至遇到下模限制后充填模腔。所以直接受力區內，有一定高度的區域受應力低，處于彈性狀態，這個區域隨著變形過程的進行而縮小直至消失。間接受力區可以看為擠壓成型。隨著成型過程的進行，金屬流動受到下模具的阻礙，分別向著下模內外圈

2A14 擠壓坯料初始顯微組織與性能[ 02-03 09:05 ]

圖3.1為2A14鋁合金棒材擠壓變形態((H112態)的初始顯微組織組織。此時再結晶程度較低，由于擠壓變形過程中粗大析出相被破碎，基體中析出相細小且彌散分布。圖3-2是2A14鋁合金棒材擠壓后經過退火后(460℃ ,  12h )的顯微組織。退火后發生了局部再結晶，沿著擠壓方向拉長，呈白色條帶狀，沿著擠壓軸向分布。同時，金屬基體中存在尺寸較大的析出相，以骨骼狀和顆粒狀分布，主要是 (CuA12)相和S(CuMgA12)相以及富Fe, Mn的雜質相。在2A 14鋁合金擠壓坯料的退火過程中，由于粗大析出相的形

2A14鋁合金輪轂鍛造工藝發展現狀[ 02-03 08:05 ]

北京北方車輛集團有限公司工藝技術中心的陳利華等采用2A 14鋁合金等溫模鍛成型輪毅，東北輕合金有限責任公司的張宏偉等對2A14鋁合金輪毅模鍛件的鍛造工藝進行了研究。研究工藝參數對合金力學性能及組織的影響，與普通輪毅鍛件進行對比。2A14鋁合金等溫鍛造態下的組織比普通鍛造的組織明顯細化，力學性能得到了顯著提高;此外，采用該工藝鍛造出的輪毅，具有尺寸精度高、工藝穩定、成型快速、材料利用率高和生產效率高等優點，具有極高的工程價值和發展前景。一般來說，汽車輪毅一般使用鑄造坯料進行鍛造成形，而由于航空工業對機輪輪毅性能的高要

預先鐓粗對鍛件變形規律的影響[ 02-02 10:05 ]

圖4-6為預先墩粗對鍛件變形規律的影響。使用棒坯進行輪毅模鍛，一般需要施加一預先墩粗過程使鍛件的應變分布更均勻，避免變形死區的出現。圖4-6(c)為中Φ270mm棒坯(與套筒內徑相同)直接模鍛后鍛件的等效應變分布;圖4-6(b)為中Φ200x200m棒坯墩粗至120mm后(直徑約268mm)的應變分布，圖4-6(d)為其等溫模鍛后鍛件的等效應變分布。計算機仿真實驗有效地展示了預先墩粗對鍛件應變分布均勻化的效果，直接進行鍛造時，變形難以傳遞到坯料頂部，在坯料頂部形成部分變形死區，從而無法使鍛件獲得沿著幾何方向合理分布

2A14 鋁合金熱壓縮變形行為和組織演變[ 02-02 09:05 ]

模擬仿真研究金屬模鍛成形是實現成形模具和工藝過程優化設計的有效手段。借助模擬仿真研究揭示2A14鋁合金坯料低速等溫鍛造成形輪毅的規律，優化設計模具和工藝參數，首先需要獲得2A14鋁合金熱變形本構方程。目前，對2A14鋁合金本構方程的研究主要是用鑄造坯料在較高的熱壓縮應變速率條件下進行的，缺少擠壓坯料在低速熱壓縮變形條件的實驗數據，無法建立適用于低速等溫模鍛的本構方程。本章研究不同應變速率(包括低速條件)下2A14合金的熱壓縮變形行為，建立適合于2A14低速等溫鍛造的本構方程，同時，研究揭示低速熱變形條件下的組織演變