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2D70 铝合金是一种重要的航空材料,在航空领域具有广泛的应用,其变形抗力、微观组织和性能对变形热力参数敏感。本文通过等温恒应变速率压缩实验,采用基于动态材料模型和Murty 判据的热加工图技术对2D70 铝合金热变形行为及热加工工艺优化进行了研究,研究结果对制定合理的锻造工艺和获得组织性能优良的产品具有重要的指导意义。
在Thermecmater-Z 热加工模拟实验机上对2D70 铝合金进行热态压缩实验,变形温度和应变速率范围分别为320℃~530℃和0.001s-1~70.0 s-1。根据压缩实验结果,绘制出了不同变形温度、不同应变速率下的真应力-真应变关系曲线,并分析了变形温度、应变速率对2D70 铝合金流动应力和变形微观组织的影响规律。结果表明,在同一应变速率下,随着变形温度的升高,晶粒尺寸增加;在同一变形温度下,应变速率较低时,晶粒尺寸较为粗大,且晶粒大小极不均匀;随着应变速率的增加,显微组织趋于均匀细小。
利用具有BP 算法的人工神经网络,根据热力参数对2D70 铝合金流动应力的影响特点,建立了2D70 铝合金本构关系模型,并利用2D70 铝合金的压缩实验数据对该模型进行训练。误差分析表明,所确定的本构关系具有较好的精度,可满足工程上的应用要求。
基于动态材料模型和Murty 判据的热加工图原理,利用等温恒应变速率压缩实验数据,分别绘制出2D70 铝合金在不同应变量下的热加工图。通过对热加工图的分析可知,2D70 铝合金热加工时稳定区域较小。当应变速率大于1s-1 时,变形多处于失稳区域;随着变形程度的增大,热加工图中的流变失稳区域逐渐向低应变速率区域扩大,2D70 铝合金的功率耗散系数随着变形程度的增大,其峰值降低,但功率耗散系数峰值区域基本不变,其中低温集中在380℃左右,中温集中在440℃左右,高温在500℃左右。2D70 铝合金适宜的变形热力参数有三个区域,分别为360℃~430℃、0.001s-1~0.01 s-1,440℃~480℃、0.001s-1~0.04s-1 和500℃~530℃、0.001s-1~0.15 s-1。通过微观组织观察发现,当变形温度低于350℃,应变速率大于1 s-1,2D70 铝合金易发生局部流动;当温度高于500℃时,易出现机械失稳现象;在温度为440℃时,组织均匀细小。
优化出的2D70铝合金的热加工热力参数稳定区域为:变形温度380℃~470℃,应变速率为0.001s-1。