铝合金板在不同应变路径及随后热处理下的微观组织特征与缺陷模型研究

It is of important guiding significance to conduct the research on the influence of macroscopic deformation behavior under different loading paths and heat treatment parameters to the microscopic features of aluminum alloy grain, establish the relationship of deformation and heat treatment parameters, microscopic grain structure features and macro coarse grain defect and obtain the critical criterion of coarse crystal defect. First, test method is set up to obtain large deformation under different strain paths by biaxial tension and segmental multi-path tension. And then one stage and multi-stage tension and heat treatment under different strain paths are conducted to study the effect of deformation and heat treatment to the aluminum alloy microstructure characteristics, reveal the microstructure development mechanism and obtain the relationship of deformation, heat treatment, microstructure and coarse grain defect. The material microstructure model about deformation and heat treatment parameters are set up subsequently. And the coarse grain defect critical criterions of the aluminum alloys are developed based on the material model. The model and criterions are applied in forming complex sheet metal parts of aircraft and automobile to analyze their applicability.

开展针对多种应变路径下铝合金材料宏观变形行为及热处理参数对材料晶粒尺寸等微观特征影响的研究，建立宏观变形参数与热处理参数-微观晶粒结构特征-宏观粗晶缺陷之间的关系，获得产生粗晶缺陷的临界判据，对生产实际有重要的指导意义。首先建立双向加载、分段多路径等多种方式获得不同应变路径下大变形量的试验方法。然后进行多种应变路径下单道次及多道次的变形、热处理试验，研究铝合金板料宏观变形行为及热处理参数对材料微观特征的影响，揭示铝合金板料晶粒微观组织演变机理，得到宏观变形参数与热处理参数-微观晶粒结构特征-宏观粗晶缺陷之间的相互关系，建立铝合金板材关于宏观变形及热处理过程的微观组织特征模型，并得到材料粗晶缺陷判据。针对航空和汽车领域复杂零件成形问题进行应用研究，分析所建立模型和判据的适用性。

针对铝合金板材在成形过程中出现的粗晶及橘皮缺陷展开研究。选用国产2A12-O铝合金板为试验材料，设计不同应变路径的拉伸变形试验，对多应变路径下材料在预变形及淬火过程进行研究，得到了“预拉伸变形-淬火热处理-后续补拉伸变形”试验过中，预应变量和热处理温度等工艺参数对材料晶粒尺寸及补拉伸后表面粗糙度的影响规律，确定了各应变路径下粗晶和橘皮的临界预拉量，建立了粗晶和橘皮的临界预应变曲线。试验结果表明，预变形和淬火温度对晶粒大小和橘皮程度均有重要影响。预应变的增大会加剧晶粒的粗化，温度越高也会让晶粒增长的更剧烈，两者对晶粒长大的影响正相关。而且存在一个临界预应变值，一旦预应变超过该值，晶粒便会迅速粗化。随后展开对多道次预变形及热处理过程中材料晶粒尺寸及表面橘皮状态的研究。通过“预拉伸-退火-再拉伸-淬火”两道次成形工艺以及后续补拉伸工艺环节展开相关试验。研究了总拉伸量、拉伸量分配、退火温度、淬火保温时间和拉伸速度等工艺参数对铝合金晶粒尺寸及表面橘皮的影响规律，建立了各工艺参数对晶粒尺寸及材料表面粗糙度的影响曲线，为研究结论的生产应用提供了基础。同时开展了对淬火过程的初步研究，建立了铝合金板材试验件在淬火过程中温度场变化的数学模型，通过不同试样位置和淬火温度下的实验数据验证了所提出的模型。