CN111220454A - 一种半固态合金成形性能检测装置及方法 - Google Patents

一种半固态合金成形性能检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半固态合金成形性能检测装置及方法，检测装置包括设备底座(1)、压力传感器(2)、加热保温装置(3)、模具(4)、热电偶(5)、坯料(6)、反压头(7)、位移传感器1(8)、正压头(9)、位移传感器2(10)、支撑导柱(11)、上横梁(12)、步进电机(13)、载荷控制与数据采集***(14)及模具温控***(15)。采用本发明能够客观、准确的测试出半固态合金的成形性能，而且具有操作方便的特点。以便为半固态成形工艺设计和实施提供参数控制依据。

Description

一种半固态合金成形性能检测装置及方法
技术领域：
本发明属于合金成形技术领域，具体的说就是提供一种半固态合金成形性能检测装置及方法，采用本发明能够客观、准确的测试出半固态合金的成形性能，以便为半固态成形技术提供设计依据。
背景技术：
半固态成形是利用半固态合金的变形特性，一次成形获得制件的方法。半固态金属成形具有产品质量好、生产效率高的特点，被认为是21世纪最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之一。高固相半固态合金具有时变的剪切稀化的触变变形行为，在剪切应力大于屈服应力时，即可发生变形。
高固相半固态合金变形过程中大致经历了三个阶段，首先是固相骨架破坏、崩塌阶段，表现为弹性变形力学特征；随后，是液相驱动作用下固液体系的混合流动阶段，认为是低应力、大应变的稳定变形阶段；最后，是固相驱动作用下的变形，具有高应力、低应变的瞬态失稳特点。由于固、液相流动特性的差异，在半固态合金变形后期，固、液相容易发生分离，导致成形件化学成份的宏观偏析甚至引起开裂、孔洞等其他组织缺陷。最终导致难以精准控制半固态成型工艺以及设计半固态成型模具。
为了定量的描述出半固态合金变形特性，人们采用压缩、剪切变形的实验方法考察半固态合金变形的应力-应变关系，进而依据液相驱动的半固态合金变形应变间接确定变形能力的大小。
《材料研究学报》期刊2004年第3期中《A2017合金半固态压缩的变形机制和成形性能》一文，利用Gleeble-1500热学-力学模拟机，对半固态合金进行单轴压缩实验，获得了铝合金在半固态状态的应力-应变曲线，依据低变形抗力阶段的稳定的流动变形阶段的应变量，认为该种半固态合金的最大半固态加工变形范围为60％。加之，采用差示扫描量热分析法(DSC)可以检测出合金固、液相线区间温度与固相率之间的函数关系。《金属科学与工艺》期刊1998年第7卷第1期《二元固溶体型合金凝固过程中固相分数的变化规律》总结了前人在合金固相分数计算方面的研究工作，指出了所用计算式的适用范围，并提出了具有更好适用性的合金固相分数-温度(fs–T)函数。由此，可以明确半固态状态与温度的关系，进而确定合金半固态状态与变形量之间的关系。尽管单轴压缩变形具有广泛的使用和认同，但是，单轴压缩变形存在局部剪切、变形不均匀的不足，导致和成型过程的变形受力行为有较大差异。
此外，半固态合金是由非枝晶固相和充填期间的液相形成的固液混合物。半固态合金的变形力学与其组织结构特征有着密切联系，如固相分数的增加，固相骨架相互作用明显，晶间液相分布稀少，稳定变形能力受到抑制。而且，在变形过程中组织结构如液相分布存在动态演变，在对半固态合金变形模型的研究中，主要基于理想的微观结构特征，考察半固态合金的变形力学，如《Acta Materialia》期刊2011年第59卷第3期中《Micromechanical modelling of the elastic–viscoplastic response of metallicalloys under rapid compression in the semi-solid state》研究中，在一定程度上描述了半固态合金弹塑性变形力学特性，但是没有统一的模型定量描述半固态合金的变形性能。
因此，迫切需要开发半固态合金变形性能的检测装置和方法，以获得半固态合金变形能力，进而满足半固态合金成型的铸造工艺数值化设计和工艺优化的要求。本发明属于西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题资助(资助号：SKLSP201910)项目。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种半固态合金成形性能检测装置及方法，采用本发明能够客观、准确的测试出半固态合金的成形性能，而且具有操作方便的特点。以便为半固态成形工艺设计和实施提供参数控制依据。
本发明的技术方案如下：
一种半固态合金成形性能检测的装置，包括设备底座(1)、压力传感器(2)、加热保温装置(3)、模具(4)、热电偶(5)、坯料(6)、反压头(7)、位移传感器1(8)、正压头(9)、位移传感器2(10)、支撑导柱(11)、上横梁(12)、步进电机(13)、载荷控制与数据采集***(14)及模具温控***(15)。
所述设备底座(1)上安装有测试反压头位移量的位移传感器1(8)、用于测定正压头(9)压缩变形的压力传感器(2)以及支撑导柱(11)、用于盛装合金坯料的模具(4)、测试坯料温度的热电偶(5)、模具的加热保温装置(3)、测试反压头(7)位移的位移传感器1(8)、压缩半固态坯料的正压头(9)、测试正压头位移的位移传感器2(10)、控制反压头行进方向的支撑导柱(11)、用于固定支撑导柱的上横梁(12)和用于施加载荷的步进电机(13)。此外，外接了正压头位移载荷控制和数据采集***(14)，用于控制正压头(9)的初始压缩速度，获取正压头(9)和反压头(7)位移随时间变化的位移传感器1(8)、位移传感器2(10)的数据，以及用于加热和控制模具温度的模具温控***(15)。
一种用于半固态合金成形性能检测的方法，首先，采用差示扫描量热分析法(DSC)检测出被测合金保温温度与固相率的关系；然后，将被测合金坯料(6)置于模具(4)中，并通过模具温控装置(15)将模具(4)中坯料(6)加热至合金的半固态温度区间并保温，控制半固态合金的固相率，并通过位移传感器2(10)获得坯料初始高度L；其次，设定正压头(9)的下压速度压缩试样，通过载荷控制和数据采集***(14)，采集正压头(9)压缩变形过程的位移-时间曲线，和反压头(7)的位移-时间曲线；再次，依据反压头(7)的位移-时间曲线，找出位移增速降低的拐点，也即图2中的Dc点；最后，依据拐点Dc时间点，获得正压头的位移量Lc，获得的半固态合金坯料(6)的(位移量Lc/坯料初始高度L)，即为该半固态合金坯料在该温度的最大变形量，由此定量评价半固态合金的变形性能。
本发明的有益效果在于：
1.采用的检测方法依据半固态坯料变形过程体积膨胀的宏观特性，获取坯料变形过程中宏观膨胀量开始降低的变形量，由此获得半固态合金的变形量。
2.采用该装置及方法检测半固态合金的变形量具有操作简便、结果可靠的特点。
附图说明：
图1为测量半固态合金变形量的装置示意图，图2为正压头和反压头位移量-时间曲线关系示意图。
其中：1为设备底座、2为位移传感器1、3为压力传感器、4为加热保温装置、5为模具、6为安装于模具底部的热电偶、7为坯料、8为反压头、9为正压头、10为位移传感器2、11为支撑导柱、12为上横梁、13为步进电机、14为载荷控制与数据采集***、15为模具温控装置。
图2中实线代表正压头的位移-时间曲线，虚线代表反压头的位移-时间曲线，Dc为临界变形点，正压头对应的临界变形量为Lc。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2，本发明所提供的半固态合金变形量检测方法，包括以下工作步骤：
①采用差示扫描量热分析法(DSC)检测出被测合金保温温度与固相率的关系；
②将被测合金坯料(6)置于模具(4)中，并通过模具温控装置(15)将模具(4)中坯料(6)加热至合金的半固态温度区间并保温，控制半固态合金的固相率，并通过位移传感器2(10)获得坯料初始高度L；
③设定正压头(9)的下压速度压缩试样，通过载荷控制和数据采集***(14)，采集正压头(9)压缩变形过程的位移-时间曲线，和反压头(7)的位移-时间曲线；
④依据反压头(7)的位移-时间曲线，找出位移增速降低的拐点，也即图2中的Dc点；
⑤依据拐点Dc时间点，获得正压头的位移量Lc，计算出半固态合金坯料(6)的(位移量Lc/坯料初始高度L)，该值即为该半固态合金坯料在该温度的最大变形量值；
⑥依据合金半固态状态的最大变形量值定量评估合金在对应固相率条件下的变形性能。
实施例1
以7050铝合金作为检测对象，首先采用差示扫描量热法检测出该合金重熔过程中保温温度与固相率的关系；然后，将被测合金坯料(6)置于模具(4)中，实施例中试样的高度为60mm，试样直径为80mm，模具(4)内径为80.5mm。将模具(4)中坯料(6)加热至615℃并保温，该合金在该温度对应固相率为50％，并通过位移传感器2(10)获得半固态坯料初始高度为60.4mm；其次，设定正压头(9)的下压速度为0.5s-1压缩试样，通过载荷控制和数据采集***(14)，采集正压头(9)压缩变形过程的位移-时间曲线，和反压头(7)的位移-时间曲线；然后，依据反压头(7)的位移-时间曲线，找出位移增速降低的拐点；随后，依据拐点Dc时间点，获得正压头的位移量为37.2mm，计算出该半固态合金坯料(6)的(位移量Lc/坯料初始高度L)值为61.59％，；最后，经测定，该半固态7050合金在615℃是最大变形量为61.6％，即为该合金合金在50％固相率条件下的变形性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种半固态合金成形性能检测的装置，其特征在于：包括设备底座(1)、压力传感器(2)、加热保温装置(3)、模具(4)、热电偶(5)、坯料(6)、反压头(7)、位移传感器1(8)、正压头(9)、位移传感器2(10)、支撑导柱(11)、上横梁(12)、步进电机(13)、载荷控制与数据采集***(14)及模具温控***(15)。
2.如权利要求1所述半固态合金成形性能检测的装置，其特征在于：
所述设备底座(1)上安装有测试反压头位移量的位移传感器1(8)、用于测定正压头(9)压缩变形的压力传感器(2)、支撑导柱(11)、用于盛装合金坯料的模具(4)、测试坯料温度的热电偶(5)、模具的加热保温装置(3)、测试反压头(7)位移的位移传感器1(8)、压缩半固态坯料的正压头(9)、测试正压头位移的位移传感器2(10)、控制反压头行进方向的支撑导柱(11)、用于固定支撑导柱的上横梁(12)和用于施加载荷的步进电机(13)。
3.如权利要求1所述半固态合金成形性能检测的装置，其特征在于：外接了正压头位移载荷控制和数据采集***(14)，用于控制正压头(9)的初始压缩速度，获取正压头(9)和反压头(7)位移随时间变化的位移传感器1(8)、位移传感器2(10)的数据，以及用于加热和控制模具温度的模具温控***(15)。
4.一种用于半固态合金成形性能检测的方法，其特征在于，按照如下步骤：
首先，采用差示扫描量热分析法(DSC)检测出被测合金保温温度与固相率的关系；
然后，将被测合金坯料(6)置于模具(4)中，并通过模具温控装置(15)将模具(4)中坯料(6)加热至合金的半固态温度区间并保温，控制半固态合金的固相率，并通过位移传感器2(10)获得坯料初始高度L；
其次，设定正压头(9)的下压速度压缩试样，通过载荷控制和数据采集***(14)，采集正压头(9)压缩变形过程的位移-时间曲线，和反压头(7)的位移-时间曲线；
再次，依据反压头(7)的位移-时间曲线，找出位移增速降低的拐点，也即图2中的Dc点；
最后，依据拐点Dc时间点，获得正压头的位移量Lc，获得的半固态合金坯料(6)的变形量，也即正压头位移量Lc/坯料初始高度L，该变形量值就是该半固态合金坯料在该温度的最大变形量，由此定量评价半固态合金坯料的变形性能。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113030166A (zh) * 2021-03-12 2021-06-25 哈尔滨工业大学 一种高熵合金半固态流变学行为的测量装置及其使用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1501623A (en) * 1974-02-15 1978-02-22 Int Harvester Co Metal shaping processes
CN102944466A (zh) * 2012-11-29 2013-02-27 北京大学 用于超高温氧化环境下的力学性能测试装置和方法
CN104764659A (zh) * 2015-03-19 2015-07-08 昆明理工大学 一种半固态坯料多向压缩试验方法
CN108754269A (zh) * 2018-07-07 2018-11-06 中南大学 一种超高强大块体低稀土纳米镁合金制备方法
CN108774723A (zh) * 2018-07-07 2018-11-09 中南大学 一种超高强大块体纳米镁合金制备方法
WO2019004211A1 (ja) * 2017-06-28 2019-01-03 国立研究開発法人産業技術総合研究所 力学特性試験方法及び計測装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1501623A (en) * 1974-02-15 1978-02-22 Int Harvester Co Metal shaping processes
CN102944466A (zh) * 2012-11-29 2013-02-27 北京大学 用于超高温氧化环境下的力学性能测试装置和方法
CN104764659A (zh) * 2015-03-19 2015-07-08 昆明理工大学 一种半固态坯料多向压缩试验方法
WO2019004211A1 (ja) * 2017-06-28 2019-01-03 国立研究開発法人産業技術総合研究所 力学特性試験方法及び計測装置
CN108754269A (zh) * 2018-07-07 2018-11-06 中南大学 一种超高强大块体低稀土纳米镁合金制备方法
CN108774723A (zh) * 2018-07-07 2018-11-09 中南大学 一种超高强大块体纳米镁合金制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113030166A (zh) * 2021-03-12 2021-06-25 哈尔滨工业大学 一种高熵合金半固态流变学行为的测量装置及其使用方法
CN113030166B (zh) * 2021-03-12 2022-09-23 哈尔滨工业大学 一种高熵合金半固态流变学行为的测量装置及其使用方法

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