3104铝合金热变形流变应力模型_陈文

3104铝合金热变形流变应力模型

陈 文,林 林,邓成林

(西南铝业(集团)有限责任公司,重庆九龙坡401326)

摘要:采用等温压缩试验,研究了3104铝合金在应变速率为0 001~1s -1、变形温度为573~773K 条件下的流变应力行为。结果表明,3104合金流变应力对应变速率和变形温度十分敏感,合金高温塑性变形时存在稳态流变特征,并建立了合金热变形流变应力模型。关键词:3104铝合金;热变形;流变应力

中图分类号:TG 111 3 文献标识码:A 文章编号:1005-4898(2007)05-0022-03

收稿日期:2007-08-03

作者简介:陈文(1968-),重庆永川人,1990年毕业于四川大学,高级工程师。

3104是A l-M n-M g 系合金,由于其具有强度高、耐蚀性好及良好的深冲和变薄拉伸性能,广泛地应用于制作饮料罐体,具有良好的发展前景。

3104合金制罐铝材的生产能力是一个国家铝加工水平的重要标志,其生产的技术关键是对热变形质量的控制。近年来,3104合金制罐铝材呈现增宽减薄的明显发展超势,对其综合性能的要求越来越高,生产优质3104合金制罐铝材的难度增大。所以,对3104合金高温塑性变形行为研究具有十分重要的理论和实际意义。

本文通过研究该合金的高温流变应力与变形程度、应变速率和变形温度之间的关系,对其高温变形特征进行探讨,建立合金在热变形条件下的流变应力模型,为3104合金罐料轧制加工工艺优化和提高产品质量提供指导。

1 材料及试验方法

实验用材料是3104铝合金铸态试样,其化学成分见表1。实验采用压缩试验法,在G leeble -1500D 型热模拟机上进行。将3104合金铸块加工成10mm 12mm 圆柱形压缩试样,为消除接触摩擦影响,在试样的端部涂抹润滑剂(石墨)。加热速度为1 /s ,保温时间为10s ,变形后立即水淬。最大变形程度为0 8,变形温度分别为573K,

623K,673K,

723K,

773K,应变速率分别为

0 001s -1

、0 01s -1

、0 1s -1

、1s -1

。变形过程全部由计算机控制并自动采集有关数据。

表13104铝合金化学成分(质量分数/%)

合金

S i

F e

Cu M n M g

N i Zn T i V A l

3104

0 23

0 43

0 21

1 031 25<0 05<0 20<0 100 011余量

2 实验结果和分析

2 1 真应力-真应变曲线

3104合金典型的真应力 真应变曲线如图1所示。由图中可知3104合金在较低的温度下热变形时,随真应变的增加,流变应力开始迅速升高,达到峰值后流变应力下降,后趋于稳态流变应力值,出现稳态流变特征,合金表现出非连续动态再结晶的特征。在高温下热变形时,达到峰值应力后,曲线并未发生明显的下降,峰值应力和稳态流变应力差异较小,合金发生了连续动态再结晶。在同样变形温度条件下,随着应变速率的提高,峰值应力和稳态应力都增大。

2 2 变形条件对合金流变应力的影响

大量的研究表明[1]

,金属材料的热加工变形和高温蠕变一样都存在着热激活过程。蠕变速率于温度和应力的关系可用Arr hen i u s 方程来表示

[2]

,

22 铝加工 2007年第5期总第177期 学术综论

在一般应力水平下,方程可表示为:

=A[sinh( )]n exp(- H o

RT

) Se llars和Tegart[3-5]根据材料热变形过程和蠕变过程的相似性,用包含热变形激活能Q的A rr he-n i u s关系来描述材料热变形过程中稳态流变应力与变形温度和应变速率之间的关系:

=A[sinh( )]n exp(-Q

RT

) 在低应力水平下( <0 8),方程 可简化为指数形式:

=A1 m exp(-Q

RT

) 在高应力水平下( >1 2),方程 可简化为幂指数形式:

=A2exp( )exp(-Q

RT

) 式中A 结构因子(S-1);n 应力指数;

应力水平参数/mm2N-1( =

m

);Q 热变形激活

能/J mo l-1;T 热力学温度/K。

当热变形温度一定时,设A exp(-Q

RT

)为定值

B,对 、 、 两边取自然对数得:

l n =l n B+n ln[si n h( )]

l n =l n B1+m l n

l n =l n B2+

将试验获得的不同变形条件下稳态流变应力值分别代入 、 、 中,进行一元线性回归后发现,不同条件下的线性关系均吻合得较好,相关系数R 值在0 95以上。在各变形温度条件下,ln[sinh ( )]-ln 直线基本上保持平行,n值随温度的变化较小。而ln -ln 直线和 -ln 直线的斜率随温度的变化较大,m值和 值受变形温度的影响较大。因此双曲正弦函数关系可以更好地描述不同变形温度条件下,稳态流变应力与应变速率的关系。

由此可知3104铝合金高温变形时稳态流变应力与应变速率、热变形温度之间满足A rr hen i u s关系,也就意味着该合金热压缩变形时受热激活控制的,因此可用包含A rrhen i u s项的Z参数来描述该合金热塑性变形的流变应力行为。

2 3 3104合金热变形流变应力模型

不少学者提出了如下稳态流变应力模型,即:

= 1 n m exp(-b T) 式中n 应变硬化指数;m 应变速率敏感系数;b 温度系数。

对 式取自然对数,得:

ln =l n 1+n ln +m l n +(-b)T 对合金在稳态变形阶段真应变从0 2到0 4之间的所有实测流变应力值、应变速率、真应变和变形温度值进行多元线性回归分析,得到稳态流变应力方程如下:

=1 297 1033 0 0028 0 0757exp(-0 0042T

)

a =0 001s-

1

b =1s-1

图1 3104合金典型的真应力-真应变曲线

3 结论

3104铝合金在温度为573~773K、应变速率为0 001~1s-1下高温塑性变形时存在近似稳态流变特征。

3104铝合金高温塑性变形的流变应力随着热变形温度的降低和应变速率的升高而增加,说明3104铝合金为正应变速率敏感材料。稳态流变应

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陈 文,等:3104铝合金热变形流变应力模型 学术综论