[發(fā)明專利]一種半固態(tài)合金成形性能檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010195658.8
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111220454B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王開;段顯鑫;羅容;王琳銳;朱子宗
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/18;G01N25/20
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發(fā)明公開了一種半固態(tài)合金成形性能檢測裝置及方法，檢測裝置包括設(shè)備底座(1)、壓力傳感器(2)、加熱保溫裝置(3)、模具(4)、熱電偶(5)、坯料(6)、反壓頭(7)、位移傳感器1(8)、正壓頭(9)、位移傳感器2(10)、支撐導(dǎo)柱(11)、上橫梁(12)、步進(jìn)電機(13)、載荷控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(14)及模具溫控系統(tǒng)(15)。采用本發(fā)明能夠客觀、準(zhǔn)確的測試出半固態(tài)合金的成形性能，而且具有操作方便的特點。以便為半固態(tài)成形工藝設(shè)計和實施提供參數(shù)控制依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于合金成形技術(shù)領(lǐng)域，具體的說就是提供一種半固態(tài)合金成形性能檢測裝置及方法，采用本發(fā)明能夠客觀、準(zhǔn)確的測試出半固態(tài)合金的成形性能，以便為半固態(tài)成形技術(shù)提供設(shè)計依據(jù)。

背景技術(shù)

半固態(tài)成形是利用半固態(tài)合金的變形特性，一次成形獲得制件的方法。半固態(tài)金屬成形具有產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高的特點，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前途的近凈成形和新材料制備技術(shù)之一。高固相半固態(tài)合金具有時變的剪切稀化的觸變變形行為，在剪切應(yīng)力大于屈服應(yīng)力時，即可發(fā)生變形。

高固相半固態(tài)合金變形過程中大致經(jīng)歷了三個階段，首先是固相骨架破壞、崩塌階段，表現(xiàn)為彈性變形力學(xué)特征；隨后，是液相驅(qū)動作用下固液體系的混合流動階段，認(rèn)為是低應(yīng)力、大應(yīng)變的穩(wěn)定變形階段；最后，是固相驅(qū)動作用下的變形，具有高應(yīng)力、低應(yīng)變的瞬態(tài)失穩(wěn)特點。由于固、液相流動特性的差異，在半固態(tài)合金變形后期，固、液相容易發(fā)生分離，導(dǎo)致成形件化學(xué)成份的宏觀偏析甚至引起開裂、孔洞等其他組織缺陷。最終導(dǎo)致難以精準(zhǔn)控制半固態(tài)成型工藝以及設(shè)計半固態(tài)成型模具。

為了定量的描述出半固態(tài)合金變形特性，人們采用壓縮、剪切變形的實驗方法考察半固態(tài)合金變形的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，進(jìn)而依據(jù)液相驅(qū)動的半固態(tài)合金變形應(yīng)變間接確定變形能力的大小。

《材料研究學(xué)報》期刊2004年第3期中《A2017合金半固態(tài)壓縮的變形機制和成形性能》一文，利用Gleeble-1500熱學(xué)-力學(xué)模擬機，對半固態(tài)合金進(jìn)行單軸壓縮實驗，獲得了鋁合金在半固態(tài)狀態(tài)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，依據(jù)低變形抗力階段的穩(wěn)定的流動變形階段的應(yīng)變量，認(rèn)為該種半固態(tài)合金的最大半固態(tài)加工變形范圍為60％。加之，采用差示掃描量熱分析法（DSC）可以檢測出合金固、液相線區(qū)間溫度與固相率之間的函數(shù)關(guān)系。《金屬科學(xué)與工藝》期刊1998年第7卷第1期《二元固溶體型合金凝固過程中固相分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律》總結(jié)了前人在合金固相分?jǐn)?shù)計算方面的研究工作，指出了所用計算式的適用范圍，并提出了具有更好適用性的合金固相分?jǐn)?shù)-溫度（f_s–T）函數(shù)。由此，可以明確半固態(tài)狀態(tài)與溫度的關(guān)系，進(jìn)而確定合金半固態(tài)狀態(tài)與變形量之間的關(guān)系。盡管單軸壓縮變形具有廣泛的使用和認(rèn)同，但是，單軸壓縮變形存在局部剪切、變形不均勻的不足，導(dǎo)致和成型過程的變形受力行為有較大差異。

此外，半固態(tài)合金是由非枝晶固相和充填期間的液相形成的固液混合物。半固態(tài)合金的變形力學(xué)與其組織結(jié)構(gòu)特征有著密切聯(lián)系，如固相分?jǐn)?shù)的增加，固相骨架相互作用明顯，晶間液相分布稀少，穩(wěn)定變形能力受到抑制。而且，在變形過程中組織結(jié)構(gòu)如液相分布存在動態(tài)演變，在對半固態(tài)合金變形模型的研究中，主要基于理想的微觀結(jié)構(gòu)特征，考察半固態(tài)合金的變形力學(xué)，如《ActaMaterialia》期刊2011年第59期中《Micromechanicalmodellingoftheelastic-viacoplasticresponseofmetallicalloysunderrapidcompressioninthesemi-solidstat》研究中，在一定程度上描述了半固態(tài)合金彈塑性變形力學(xué)特性，但是沒有統(tǒng)一的模型定量描述半固態(tài)合金的變形性能。

因此，迫切需要開發(fā)半固態(tài)合金變形性能的檢測裝置和方法，以獲得半固態(tài)合金變形能力，進(jìn)而滿足半固態(tài)合金成型的鑄造工藝數(shù)值化設(shè)計和工藝優(yōu)化的要求。本發(fā)明屬于西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室開放課題資助（資助號：SKLSP201910）項目。

發(fā)明內(nèi)容