等温锻造轮毂锻件的组织与分析（下）[ 02-08 10:05 ]

图5-7是轮毂招合金锻件3号区固溶时效态显微组织、等效应变和金属流动图。锻件3号区为轮毂杯型内圈底端区域。锻件3号区边部组织如图5-7（a）所示，锻件存在明显的纤维组织，化合物破碎程度较高，主要以颗粒状分布，未观察到骨豁状化合物，同时再结晶条带宽度窄。锻件3号区轮毂锻件内部显微组织如图5-7（b）与锻件边部组织相比，其再结晶条带不如图5-7（a）那么平直，同时结晶相以骨豁状和颗粒状分布，再结晶条带更粗。3号区等效应变分布图和金属流动规律图如图5-7(c)图5-7(d)所示，此处金属在变形过程中等效应变较高，靠近模具

等温锻造轮毂锻件的组织与分析（上）[ 02-08 09:05 ]

2A14铝合金轮毅等温模锻件在热变形过程中，由于各个部位金属流动规律不同，等效应变不同，将影响轮毅锻件的显微组织，并将对锻件的最终组织造成影响。2A14铝合金轮毅等温模锻件经过500℃固溶2小时，180℃时效12小时后后，选取不同部位的特征区域，特征区域位置见图5-4。通过对比等效应变和显微组织，分析轮毅锻件的等效应变与组织的关系。图5-5是2A14铝合金等温锻造轮毅1号区域的固溶时效态显微组织、等效应变及金属流动速度图。锻件1号区为轮毅轮缘，在等温锻造过程中最后充填成形。选取靠近下模边缘和轮缘心部特征点进行显微组

等温锻造轮毂的流线[ 02-08 08:05 ]

图5-4为2A14铝合金锻件沿径向部位剖开后，经NaOH和HN03水溶液腐蚀的流线。从图中可以看出，流线沿着轮毅的轮廓方向分布，流线完整，没有出现明显的穿流、折叠等缺陷。表明采用第四章中设计的模具和润滑等工艺方案合适，得到了流线分布合理的铝合金等温模锻轮毅锻件。凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产品加热炉,工业炉,节能炉,蓄热式炉,垃圾气化处理设备，欢迎致电咨询:0510-88818999

等温锻造实验载荷[ 02-07 10:05 ]

图5-3为轮毂等温锻造时压机自动记录下的载荷与仿真得到的载荷行程曲线。与计算机仿真得到的载荷行程曲线相对比，两者基本吻合。计算机仿真中，锻造所需要的载荷为1729T而实际所需载荷较低，为1661T略低于仿真数据，这是由于轮缘接近成形时，轮缘部位会对套筒产生顶力从而抬高套筒，少量挤出飞边，使金属有更大的空间流动，载荷降低，而仿真过程中未考虑这个情况。凤谷工业炉集设计研发,生产销售,培训指导,售后服务一体化,专利节能技术应用,每年为企业节省40%-70%的能源成本,主要产品加热炉,工业炉,节能炉,蓄热式炉,垃圾气化处理

2A14铝合金轮毅等温模锻实验方案[ 02-07 09:05 ]

在通过基础材料实验和有限元模拟获得了合适的工艺参数后，进行2A14铝合金锻件的等温模锻成形实验研究，在锻造温度为420℃，压下速度为0.05mm/s时进行锻造，所需载荷较高，在锻造行程为65mm时超过压机加工能力，此时轮缘部位未完成充形，形成充不满缺陷，如图5-1所示。在第四章的仿真中，发现压下行程为60mm时充满模腔压下进入轮缘充填阶段其后载荷会急剧上升;行程为75mm时进入轮缘充型阶段，开始充填模腔，为了控制压机的负荷，分成两段压下:0-60mm,  0.05mm/s;  60-75mm,

轮毂等温锻造的分析与讨论[ 02-07 08:05 ]

通过计算机仿真实验，可知由于机轮轮毅具有高筋薄壁的特点，金属充填模腔的过程中，金属受到模具的阻碍分流，在模角处具有最大的等效应变，变形量最大。锻件整体的等效应变都在1以上，也就是锻件各处的变形量都超过了90%。剧烈的变形程度会导致加工硬化程度急剧上升，导致成形载荷过高，容易发生再结晶，故此锻件必须在较高的变形温度下加工。同时，模具的致冷作用也会影响成形载荷和锻件组织，故使用等温锻造技术制造此类锻件是非常必要的。从工艺参数对仿真结果影响可知，压下速度为0.05mm/s时，锻造温度在420℃时，就超过了压机载荷;当锻造

摩擦和润滑对轮毂等温锻造的影响[ 02-06 10:05 ]

在金属加工过程中，摩擦效果越好，锻件的质量越好，所需的载荷越低。但是针对不同的锻件，不同的材料，不同的加工过程，润滑作用的机理和效果是相当复杂的。摩擦力不仅取决于压力的大小，还与锻造速度，变形程度和表面参数等因素有关，如何描述锻造过程中的摩擦力，本身就是一个很复杂的难题。而且，在铝合金等温锻造成型过程的润滑工艺中，具有润滑剂不能连续导入;润滑剂对制品外形、尺寸精度、表面质量影响较大;同时要求润滑剂有助与锻件脱模等特点。等温锻造润滑工艺的特点又决定了锻造过程中润滑剂会发生流失、聚集，而这个过程是有限元模拟无法预测的。

速度对轮毂等温锻造的影响[ 02-06 09:05 ]

在锻造温度为460℃，不同压下速度的轮毅等效应变如图4-16所示，图中可以看出，速度在0.01mm/s-0.5mm/s范围内变化，也就是应变速率在一个较低的条件下，不同锻造速度下锻件整体等效应变的分布规律差异不大。锻造速度会直接影响锻造后的组织，根据第三章中的研究，锻造速度较大，也就是应变速率较高的情况下，锻件更容易发生局部的严贡再结晶，造成粗大晶粒从而破坏锻件的性能。图4-17为锻件典型部位（图4-13在不同变形速度下的等效应变数值变化规律。变形速度为0.05mm/s和0.5mm/s时，锻件的等效应变数值接近，但

温度对轮毂等温锻造的影响[ 02-06 08:05 ]

2A14铝合金轮毅在不同温度等温模锻的应变分布如图4-12所示。锻造温度在400℃-460℃范围内变化，等效应变场的分布情况差异不明显。这说明锻造温度在400℃ -460℃范围内变化，对锻件变形的应变分布没有明显影响。在锻件内部取4个典型部位进行点追踪分析，取点位置见图4-13所示。得到此4个部位在不同变形温度下的等效应变数值变化规律(图4-14 )。随着变形温度的降低，4个部位等效应变有所升高，但是在400℃ -460℃温度范围内，应变变化规律并没有明显差异。说明变形温度在此范围内变动，对锻件的宏观应变分布影响并

铝锻件的应变的模拟分析[ 02-05 10:05 ]

本文使用应力云图进行观察，标尺统一设定为5，应变的大小随着颜色的变化而展示在图中。等效应变的分布是表示工件在不同区域的总累积变形的参数。应变分布云图中(图4-11)，变形首先发生在受到下模和顶杆阻碍的部位，高应变首先沿着模具轮廓特别是模角处分布，见图4-11 (a)。随着锻造过程的进行，在横向未充满时，应变呈现类似墩粗过程中的X字形分布，坯料顶部开始变形，见图4-11 (b)。当横向充填完毕，作类似挤压变形，各个部位应变上升。这个过程中，杯型内外圈等效应变急剧上升，顶杆处由于处于金属分流处，金属流动剧烈，变形开始扩

2A14挤压退火态等温压缩变形显微组织[ 02-05 09:05 ]

图3.7和图3.8分别为挤压变形态坯料在不同变形条件下的等温压缩变形组织。等温压缩变形温度范围为370℃-490℃，图3.7等温压缩应变速率为0.005/s图3.8等温压缩应变速率为0.0005/s。从图中可以看出，退火过程中发生的再结晶热变形过程中遗传。在各种变形条件下都可以观察到主要存在以骨骼状分布的黑色析出相，且骨骼状析出相大部分附着在条带局部再结晶区域上。与初始挤压退火态组织相比(图3.2 )，颗粒状黑色析出相部分溶于基体，数量显著减少，但附着在条带局部再结晶区域上的骨骼状黑色相仍然存在。当变形温度较高时(

等温压缩试验过程[ 02-05 08:05 ]

1实验设备及其原理热模拟实验在中南大学Gleeble-1500热模拟实验机上进行。实验过程中，将对工程应力、工程应变、位移、温度以及时间等参数进行记录。通过数据处理将工程应力和工程应变转换为真应力和真应变，获得真应力一真应变曲线。2实验试样制备采用2A14挤压棒材，分为两个批次采购，合金化学成分(Wt%)基本相同，为:Si 1.0 ,Cu 4.76 ,Mn 0.64 ,Mg 0.6 ,Al余量。化学成分符合试样在挤压坯料上同一深度取样，样品轴线与棒材轴线平行。线切割加工成直径为10 mm，高为1 Smm圆柱形试样，

铝锻件的应力的模拟分析[ 02-04 10:05 ]

图4-10是坯料在不同时刻各区域的应力分布情况。可以看出，随着变形过程的进行，应力逐渐增大。从图4-10(a)中可以看出，在挤压开始阶段，累计应力最大的区域为坯料与下模和顶杆接触的周围区域，此处金属大部分向杯型内圈流动，一部分向杯型外圈流动。由于分流比的差异，坯料的心部更易于向杯型内圈填充，所以锻件杯型内圈的应力比杯型外圈的应力高。由图4-10(b)中可以看出，挤压初始应力最大的区域分布在与下模接触的周围，坯料上端有很大的一部分区域应力较低，这部分类似挤压变形中的死区。由图4-10 (c)中可以看出，杯型内圈先于杯

2A14挤压变形等温压缩变形显微组织[ 02-04 09:05 ]

图3.3和图3.4分别为挤压变形态坯料在不同变形条件下的等温压缩变形组织。等温压缩变形温度范围为370℃-490℃，图3.3等温压缩应变速率为0.005/s图3.4等温压缩应变速率为0.0005/s。通过图3.3和图3.4的对比，在变形温度范围为370℃-490℃时，应变速率的变化对微观组织的影响不敏感。在应变速率范围为0.0005/s-0.005/s内，变形温度在460℃以下时，没有观察到明显的再结晶组织;变形温度超过460℃，观察到白色条带，热变形过程发生了少量动态再结晶。这是由于挤压坯料本身位错密度较高，位错

高强铝合金本构方程的研究现状[ 02-04 08:05 ]

进行计算机模拟仿真，必须测试铝合金材料在等温锻造工艺条件周围不同温度和不同应变速率下的力学性能，评估其流变应力行为。一般来说，加工过程中的力学行为通过本构方程进行描述。本构方程描述材料变形的基本信息，它用数学方法整合在热加工变形条件下材料变形热力参数之间的数量关系，即流动应力与应变、应变速率以及温度之间的相互关系。材料的本构模型的获得，通过等温压缩、扭转和拉伸等实验方法获得材料的应力一应变曲线，并根据材料的流动应力变化特点和工艺条件的不同，计算得到本构方程。表1-1是在不同条件下典型的本构方程模型。在实际的研究过程

金属流动规律[ 02-03 10:05 ]

图4.7为锻造成形时的金属流动，锻造成型过程可以分为两个阶段:第一个阶段:挤压成型阶段。在成型初始阶段，坯料开始充填了坯料与套模的径向间隙。在下模的作用下，金属逐步挤入模腔，此时，坯料可以分为上模冲下的直接受力区和与下模接触的环形间接受力区两部分。直接受力区内，由于坯料横向流动被限制，金属向下流动，直至遇到下模限制后充填模腔。所以直接受力区内，有一定高度的区域受应力低，处于弹性状态，这个区域随着变形过程的进行而缩小直至消失。间接受力区可以看为挤压成型。随着成型过程的进行，金属流动受到下模具的阻碍，分别向着下模内外圈

2A14 挤压坯料初始显微组织与性能[ 02-03 09:05 ]

图3.1为2A14铝合金棒材挤压变形态((H112态)的初始显微组织组织。此时再结晶程度较低，由于挤压变形过程中粗大析出相被破碎，基体中析出相细小且弥散分布。图3-2是2A14铝合金棒材挤压后经过退火后(460℃ ,  12h )的显微组织。退火后发生了局部再结晶，沿着挤压方向拉长，呈白色条带状，沿着挤压轴向分布。同时，金属基体中存在尺寸较大的析出相，以骨骼状和颗粒状分布，主要是 (CuA12)相和S(CuMgA12)相以及富Fe, Mn的杂质相。在2A 14铝合金挤压坯料的退火过程中，由于粗大析出相的形

2A14铝合金轮毂锻造工艺发展现状[ 02-03 08:05 ]

北京北方车辆集团有限公司工艺技术中心的陈利华等采用2A 14铝合金等温模锻成型轮毅，东北轻合金有限责任公司的张宏伟等对2A14铝合金轮毅模锻件的锻造工艺进行了研究。研究工艺参数对合金力学性能及组织的影响，与普通轮毅锻件进行对比。2A14铝合金等温锻造态下的组织比普通锻造的组织明显细化，力学性能得到了显著提高;此外，采用该工艺锻造出的轮毅，具有尺寸精度高、工艺稳定、成型快速、材料利用率高和生产效率高等优点，具有极高的工程价值和发展前景。一般来说，汽车轮毅一般使用铸造坯料进行锻造成形，而由于航空工业对机轮轮毅性能的高要

预先镦粗对锻件变形规律的影响[ 02-02 10:05 ]

图4-6为预先墩粗对锻件变形规律的影响。使用棒坯进行轮毅模锻，一般需要施加一预先墩粗过程使锻件的应变分布更均匀，避免变形死区的出现。图4-6(c)为中Φ270mm棒坯(与套筒内径相同)直接模锻后锻件的等效应变分布;图4-6(b)为中Φ200x200m棒坯墩粗至120mm后(直径约268mm)的应变分布，图4-6(d)为其等温模锻后锻件的等效应变分布。计算机仿真实验有效地展示了预先墩粗对锻件应变分布均匀化的效果，直接进行锻造时，变形难以传递到坯料顶部，在坯料顶部形成部分变形死区，从而无法使锻件获得沿着几何方向合理分布

2A14 铝合金热压缩变形行为和组织演变[ 02-02 09:05 ]

模拟仿真研究金属模锻成形是实现成形模具和工艺过程优化设计的有效手段。借助模拟仿真研究揭示2A14铝合金坯料低速等温锻造成形轮毅的规律，优化设计模具和工艺参数，首先需要获得2A14铝合金热变形本构方程。目前，对2A14铝合金本构方程的研究主要是用铸造坯料在较高的热压缩应变速率条件下进行的，缺少挤压坯料在低速热压缩变形条件的实验数据，无法建立适用于低速等温模锻的本构方程。本章研究不同应变速率(包括低速条件)下2A14合金的热压缩变形行为，建立适合于2A14低速等温锻造的本构方程，同时，研究揭示低速热变形条件下的组织演变