H62黄铜连续挤压条件下的流动特征研究

Brass alloy exists the general bottleneck problems for many kinds of alloy material during continuous extrusion, which are the deformation resistance of the billet increased obviously, poor temperature stability, short of material flow ability, difficult to form, and other key scientific theory problems. The core problem is the flow characteristic of brass alloy under continuous extrusion. The two phase H62 brass alloy is treated as the research object in this project. The stress and strain field and flow field is researched by numerical simulation and the shear plastic deformation mechanism of alloy is explored. The temperature distribution model is built based on theoretical analysis. The flow coordination characteristics are obtained for the whole deformation process. Realizing to solve the forming theory problems from the deformation mechanism, and the brass alloy flow mechanism under continuous extrusion is mastered. The research results of this project lay the foundation for exploring the deformation mechanism of complex alloy during continuous extrusion.

黄铜合金连续挤压成形，存在着目前各种合金材连续挤压成形的共性瓶颈问题，即坯料的变形抗力明显增大、温度稳定性差、材料流动协调性差和难于成形等关键理论问题，其中黄铜在连续挤压条件下的流动特征是其中的核心问题。本项目拟以两相H62黄铜为研究对象，采用数值模拟分析，掌握应力应变场和流场特征，探索合金的剪切塑性变形机制；采用理论建模分析，建立温度分布特征的理论表征；采用对连续挤压成形实验，全过程的微观组织观测，阐明金属流动协调特征。进而实现从变形机制和微观机理上，解决如上成形理论问题，掌握黄铜在连续挤压条件下的流动特征机理。该研究成果将为探索复杂合金的连续挤压成形，奠定坚实的理论基础。

本项目针对黄铜合金在连续挤压成形中共性的瓶颈问题，即坯料变形抗力大、温度稳定性差、材料流动协调性差和难以成形等关键理论问题展开研究。通过数值模拟分析掌握了黄铜合金在连续挤压成形中的应力应变场、温度场和流场特征。随着产品宽厚比的增加，应力应变场、坯料和模具温度场的数值也随之增大。基于系统的理论分析，建立了表征连续挤压温度特征的解析模型，可以实现对各种工艺条件下连续挤压各区域温度的有效预测，解析计算结果与实测结果吻合良好。根据黄铜合金成形特征，进行了连续挤压成形实验，并构建出压实轮、挡料块和腔体的载荷测试系统，同时建立起挡料块处、产品出口处的温度采集系统，为铜合金连续挤压成形奠定了重要的实验观测研究基础。针对两种不同流道形状，进行了连续挤压成形过程流动特征观测。通过对圆台和锥台试样横截面的宏微观组织和流动特征观测发现，锥台流道成形的产品组织更加均匀细小，有利于获得性能优良的黄铜产品。创新性地设计出H62黄铜等两相金属在不同工艺条件下的流动观测系统。观测结果发现在相同变形量和变形速率条件下，400℃及其以下温度时，H62黄铜中α相流动速度快，以拉动并覆盖β'相形式变形，达到500℃以上时β相流速增快，以凸起形式随α相成形，并促进α相晶粒的破碎细化。基于连续挤压实验获得的H62黄铜全过程试样，进行了微观组织演变特征观测。在粘着区α相晶粒内部存在大量的位错，其中部分晶粒内部已经形成亚晶，β相发生了破碎，以更小的体积散布在α相之间。坯料到达直角变形区时，在剧烈的剪切变形的作用下坯料发生动态再结晶，α相晶粒内存在大量亚晶，位错密度增加，大量孪晶产生，β相更细密的分布在α相之间。研究结果表明，在连续挤压变形过程中孪晶为微观塑性变形的重要推动力。本项目的研究为探索复杂合金连续挤压成形机理奠定了坚实的理论研究基础。