3003铝合金激光冲击微挤压成形研究
《2024年3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》范文
《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是一种先进的固态焊接技术，特别适用于铝合金等轻质材料的连接。
3003铝合金因其良好的塑形、抗腐蚀性和可焊性等优点，在航空、汽车等制造领域中广泛应用。
本文将就3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行详细研究，为优化其焊接工艺、提高焊缝性能提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所采用的3003铝合金材料具有良好的塑性、韧性和耐腐蚀性。
实验前，对材料进行清洗、去氧化皮等预处理。
2. 搅拌摩擦焊实验采用先进的搅拌摩擦焊设备进行实验，设置不同的焊接速度、焊接深度等参数，进行多组实验。
3. 组织与性能分析对焊接后的样品进行切割、磨光、抛光等处理，并利用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等设备观察其组织形态。
同时，通过硬度计、拉伸试验机等设备对焊缝的硬度、拉伸性能等进行测试。
三、实验结果与分析1. 焊缝组织观察通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现，搅拌摩擦焊后的焊缝组织均匀、致密，无明显气孔、裂纹等缺陷。
在焊接过程中，搅拌针的作用使得焊缝金属发生塑性流动，形成细小的晶粒结构。
此外，热力耦合作用下还可能形成少量的硬质颗粒，为提高焊缝性能提供了基础。
2. 焊缝硬度分析实验结果表明，焊缝的硬度高于母材，这是由于焊接过程中材料的塑性流动和晶粒细化作用所导致。
在不同焊接参数下，焊缝的硬度有所差异，但总体上均表现出较高的硬度水平。
3. 拉伸性能测试拉伸试验结果表明，3003铝合金搅拌摩擦焊的拉伸性能良好。
在适当的焊接参数下，焊缝的抗拉强度接近或达到母材的水平。
此外，焊缝的延伸率也表现出较好的水平，说明其具有良好的塑形变形能力。
四、讨论与结论通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，我们发现：1. 搅拌摩擦焊技术能够有效地将3003铝合金连接起来，焊缝组织均匀致密，无明显缺陷。
2. 焊接过程中材料的塑性流动和晶粒细化作用提高了焊缝的硬度，使其具有较高的力学性能。
《2024年3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》范文
《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等优点，在航空、汽车、船舶等行业中得到广泛应用。
而搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接工艺，其焊接过程不会产生飞溅和烟尘，焊缝强度高且连接效果好，成为铝合金连接领域的一种重要工艺。
3003铝合金作为铝锰合金的典型代表，具有优良的加工性能和焊接性能，因此对其搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究具有重要意义。
二、3003铝合金搅拌摩擦焊的组织研究2.1 焊接过程与组织变化在搅拌摩擦焊过程中，由于摩擦热和塑性变形的作用，焊缝区发生显著的微观组织变化。
在焊缝的初始阶段，材料受热并发生塑性变形，随着温度的升高和变形的加剧，金属的晶粒结构逐渐细化。
此外，焊接过程中还伴随着晶界处合金元素的扩散和流动，使得晶界形态发生改变。
2.2 焊接组织的结构特征在焊缝组织中，我们可以观察到细化的晶粒、丰富的位错结构和微量的残余空隙等特征。
其中，细化的晶粒结构能够有效地提高材料的强度和韧性。
同时，适量的位错结构也有助于提高材料的塑性变形能力。
此外，焊接过程中应尽量避免残余空隙的产生，因为这将对材料的性能产生不利影响。
三、3003铝合金搅拌摩擦焊的性能研究3.1 力学性能通过拉伸试验和硬度测试等方法，我们可以对3003铝合金搅拌摩擦焊的力学性能进行评估。
结果表明，经过搅拌摩擦焊后，焊缝的强度和硬度均有所提高。
这主要是由于焊接过程中组织的细化、晶界强化和合金元素的重排等因素所引起的。
此外，焊接后的韧性也有所改善，提高了材料对裂纹等外部应力的抵抗能力。
3.2 耐腐蚀性能铝合金在特定环境下易发生腐蚀现象，因此耐腐蚀性能也是评价其性能的重要指标之一。
研究表明，经过搅拌摩擦焊后，焊缝的耐腐蚀性能得到提高。
这可能是由于焊接过程中合金元素的重新分布和晶界结构的改变所引起的。
此外，焊缝表面光滑度的提高也有助于提高其耐腐蚀性能。
四、结论通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，我们发现焊接过程能够有效地改善材料的组织和性能。
3003al挤压强度曲线
3003al挤压强度曲线
3003AL合金是一种铝合金，它具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。
挤压强度曲线是描述3003AL合金在挤压加工过程中所表现出的强度变化的曲线。
挤压是一种常见的金属加工工艺，通过将金属坯料置于挤压机内，施加压力使其通过模具产生所需的截面形状和尺寸。
3003AL合金在挤压加工中的强度曲线会受到多种因素的影响，比如挤压温度、挤压速度、挤压比等。
通常情况下，挤压过程中的应变硬化效应会导致材料的强度随着应变的增加而增加，但在一定程度后可能会出现强度下降的情况。
为了得到3003AL合金在挤压过程中的强度曲线，需要进行一系列的实验研究。
首先需要准备3003AL合金的挤压试样，然后在实验设备上进行挤压试验，通过测量试样在不同应变下的抗拉强度和屈服强度，可以得到强度随应变变化的曲线。
同时，还可以观察材料在挤压过程中的微观组织和晶粒取向的变化，从而深入了解强度曲线背后的材料变化机理。
3003AL合金的挤压强度曲线对于制定合理的挤压工艺参数、优
化材料性能具有重要意义。
通过深入研究3003AL合金在挤压过程中的强度变化规律，可以为工程实践中的挤压加工提供科学依据，同时也有助于推动铝合金材料在挤压领域的应用和发展。
3003铝合金冲压变形前后微观组织及其r织构演变规律研究
3003铝合金冲压变形前后微观组织及其r织构演变规律研究康永飞;白朴存;佟乃强;刘飞;魏安妮【摘要】本文应用电子背散射衍射(EBSD)技术,通过极图(PF)、反极图(IPF)和取向分布函数(ODF)图分析手段,研究和分析了420℃×4h等温退火工艺下3003铝合金冷轧板材冲压变形前后的微观组织和织构演变规律.结果表明:经过冲压实验,3003铝合金组织由均匀分布的大尺寸晶粒转变为小尺寸晶粒,再结晶晶粒比例由22.7％减少到了2.9％,变形晶粒比例由77.3％增大到97.1％.其织构主要类型有再结晶织构(立方织构、旋转立方织构、P织构)和变形织构(S织构、铜型织构、黄铜型织构).再结晶织构含量由33.31％减少到30.37％,变形织构含量由24.81％增加到48.7％.【期刊名称】《内蒙古工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)002【总页数】7页(P102-108)【关键词】3003铝合金;微观组织;织构;EBSD分析【作者】康永飞;白朴存;佟乃强;刘飞;魏安妮【作者单位】内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051;内蒙古工业大学材料科学与工程学院,呼和浩特 010051【正文语种】中文【中图分类】TG115.22+2.43003铝合金以Al和Mn为主要元素,属于热处理不可强化铝合金.由于其具有良好的机械加工性能、较高的比强度、较小的密度、良好的抗腐蚀性能、较好的深冲性能等优点,所以被广泛应用于制造厨具和食物化工产品的贮存装置、运输液体的槽和罐,以及需冲压成形、有较高抗蚀性和可焊性的产品等[1-3].合金板材在冲压时不仅要求板材有良好的表面质量和力学性能,同时也尽可能的要求冲压产品的表面有较小的各向异性,从而使得产品有优良的质量和成品率[4,5].合金板材的成型加工性能受板材塑性和各向异性的影响,而各向异性又进一步取决于板材中的各种的织构分布[6-8].因此通过研究合金板材的织构分布,进而降低合金在冲压时的各向异性已成为国内外学者研究的热点问题之一[8].板材内部织构的变化直接影响板材的成型性能和板材的表面质量.目前国内对3003铝合金板材进行冲压成型时,板材中织构的演变研究相对较少.本文通过研究3003铝合金冲压变形前后的微观组织及其织构演变规律,为以3003铝合金为材料生产的电池盒提高生产率提供理论依据.1 实验材料及方法实验所用的材料为200mm×45mm×1mm厚的3003铝合金冷轧板材,其化学成分如表1所示.将板材进行420℃×4h等温退火处理,冲压成尺寸为87mm×45mm×40mm的杯壳型样品,变形量为60.85%,选取样品侧面一定区域,用线切割机切取尺寸为10mm×10mm×1mm的试样.之后利用水磨砂纸、金相抛光机和电解抛光设备制作直径为3mm的EBSD试样.利用QUNTA 650型扫描电子显微镜的EBSD系统进行织构测量,并运用配套的HKL Channel 5软件对试样进行织构分析.表1 3003板材化学成分(质量分数,%)Tab.1Chemical composition of 3003 cold-rolled sheet (mass fraction,%)元素FeSiMnCuZnAl含量≤0.70≤0.601.00～1.500.05～0.20≤0.10剩余2 结果分析2.1 晶粒分析3003铝合金冷轧板材经过退火处理后发生了再结晶,再结晶晶粒[9]成均匀分布,如图1(a)所示.进行冲压实验,可以看到大部分再结晶晶粒被挤压破碎,有些再结晶晶粒只是沿着轧制方向被拉长,如图1(b)所示.对冲压前后的晶粒尺寸进行统计,如表2所示,发现变形前后晶粒平均尺寸由29.6μm减小到了21.5μm,晶粒尺寸变化明显.图1 冲压前后的微观组织图Fig.1Deep drawing before and after the microstructure表2 冲压前后晶粒尺寸比例(%)Tab.2Grain size ratio before and after stamping<10μm10～20μm20～30μm>30μm冲压前46231120冲压后46281412图2 冲压前后再结晶晶粒与变形晶粒分布图Fig.2Recrystallization grain and deformation grain distribution map before and after deep drawing图2所示为3003铝合金经过420℃退火后进行冲压变形实验,合金变形前后再结晶晶粒和变形晶粒的分布图.图中的浅色部分表示再结晶晶粒,深色表示变形晶粒.对图2中再结晶晶粒进行统计,发现合金中的再结晶晶粒所占比例为22.7%,之后经过冲压实验,再结晶晶粒比例大幅下降,所占比例为2.9 %,变形晶粒比例由77.3%增加到97.3%,增加明显.再结晶晶粒在形成的过程中,晶粒在某些方向上就会形成择优取向,从而出现再结晶织构.随着冲压实验的进行,再结晶晶粒减少,相对应的再结晶织构也减少.冷轧板材在冷轧时由于发生了塑性变形,晶粒在某些方向上也会形成择优取向和变形织构.退火时发生再结晶,变形晶粒减少,相应的变形织构含量也减少.进一步进行冲压实验,再结晶晶粒减少,变形晶粒相应的增加,变形织构含量进一步增加[9].2.2 织构定性分析图3是3003铝合金进行冲压实验前后的极图.从图3(a)中可以看出进行冲压实验前,3003铝合金试样中存在再结晶织构 (立方织构{001}<100>、少量的旋转立方织构{001}<110>、P织构{011}<566>) 以及变形织构 (S织构{123}<634>、较少的铜型织构{112}<111>[9] ).由极图中的极密度分布水平可知,立方织构极密度最强(为5.37),且沿着ND方向偏转了10°,S织构极密度次之,铜型织构极密度最弱.图3(b)中冲压变形后,试样中的织构类型仍然存在再结晶织构和变形织构,但是它们的极密度出现了不同程度的变化,其中再结晶织构的极密度有所降低,变形织构的极密度增加较大,且出现了新的变形织构(黄铜型织构{011}<211>).图3 合金冲压前后的极图Fig.3Alloy deep drawing before and after the pole figure总之,试样经420℃退火后发生再结晶,产生的再结晶织构较多,冲压实验前后对比发现再结晶织构极密度减少,变形织构极密度有较大的增加.2.3 织构定量分析图4是3003铝合金经过420℃等温退火后进行冲压变形实验,合金冲压前后的织构含量变化图,不同颜色代表不同的织构类型.从图中可以看出,织构的类型主要有立方织构(Cube,{001}<100>)、旋转立方织构(Cube ND,{001}<310>)和P织构({011}<566>)三种再结晶织构,铜型织构(Copper,{112}<111>)、黄铜型织构(Brass,{011}<211>)和S({123}<634>)型三种变形织构[10].由图4(a)和(b)比较,冲压前后立方织构和P织构等再结晶织构的含量有所减少,S织构和黄铜型织构等变形织构的含量有所增加,铜型织构的含量有所下降,但变化较小.某些尺寸较大的晶粒,其织构没有变化,那些变形后的破碎晶粒织构转变成了变形织构.图4与图2对照发现,再结晶区域基本都是再结晶织构,变形区域的织构大都是变形织构,表明微观组织与织构具有很大的相关性[11].图4 铝合金冲压前后织构分布图Fig.4Aluminum alloy deep drawing before and after the texture distribution ma p织构的含量统计如表3所示.发现冲压前后再结晶织构的含量(Cube、Cube ND和P织构总和)由33.31%减少到30.37%,立方织构(Cube)的含量没有明显的变化,但是旋转立方织构(Cube ND)与P织构的含量明显降低,分别由9.31%减少到7.52%,10.8%减少到9.15%.冲压前后变形织构的含量(Brass、Copper和S织构总和)由24.81%增加到了48.7%,增长了两倍左右.其中黄铜型织构(Copper)和S织构的含量成倍的增加,分别由8.18%增加到19.8%,5.23%增加到15.9%.表3 合金冲压前后织构含量(体积分数)Tab.3Texture before and after deep drawing content (volume fraction)再结晶织构变形织构CubeCubeNDPBrassCopperS前13.7%9.31%10.8%13%8.18%5.23%后13.2%7.52%9.15%11.4%19.8%15.9%通过以上分析可以得出,试样中的再结晶织构主要是立方织构、P织构和旋转立方织构,变形织构主要有S织构、铜型织构和黄铜型织构,且经过冲压变形后再结晶织构含量降低,变形织构的含量增加.表4 合金冲压前后织构及其取向密度水平(f(g))Tab.4Texture and orientation density level of alloy before and after deep drawin g(f(g))再结晶织构变形织构CubeCubeNDPBrassCopperS前9.254.212.890.851.852.11后10.000.842.602.594.224.44图5和图6是3003铝合金冲压前后的恒φ2的ODF图截面图,在ODF图中金属的取向一般集中分布,且取向线越密集(图中颜色越深)其密度越大[12].对图5和图6中的织构类型及其密度级别(f(g))进行统计,如表4所示,发现ODF图中反映的合金主要织构类型有再结晶织构有立方织构(0°,0°,0°)、旋转立方织构(22.5°,0°,0°)和P 织构(59°,45°,0°);变形织构有S织构(59°,37°,63°)、铜型织构(90°,35°,45°)和黄铜型织构(90°,35°,45°),符合定性分析结果.其中,再结晶织构取向密度级别(Cube、Cube ND和P织构总和)由16.35减少到13.44,变化明显; 变形织构取向密度级别(Brass、Copper和S织构总和)由4.81增加到11.25,成倍增加.图中显示立方织构的分布较为分散,取向强度相对不大,并且有些立方织构的取向偏离了理想位置,偏向旋转立方织构[13].图5 冲压前恒φ2的ODF图截面图Fig.5Before deep drawing constant φ2 ODF cross-sectional diagram3 结论(1)420℃×4h等温退火后的3003铝合金冷轧板材经冲压实验,再结晶晶粒比例由22.7%减少到2.9%,变形晶粒比例由77.3%增加到97.3%.(2)420℃×4h等温退火后的3003铝合金冷轧板材中织构类型主要有再结晶织构(立方织构、旋转立方织构、P织构)和变形织构(S织构、铜型织构、黄铜型织构).冲压实验后,再结晶织构含量由33.31%减少到30.37%,变形织构含量由24.81%增加到48.7%.图6 冲压后恒φ2的ODF图截面图Fig.6After deep drawing constant φ2 ODF cross-sectional diagram参考文献:【相关文献】[1] 李念奎.铝合金材料及其热处理技术[M].北京:冶金工业出版社,2012:1～516.[2] 张永皞,张志清,林林.3xxx系罐身铝合金第二相及其对加工过程的影响研究进展[J].材料导报,2012,26(13):101～108.[3] 杨中玉,张津,郭学博,计鹏飞.铝合金的织构及测试分析研究进展[J].精密成形工程,2013(06):1～6.[4] 张克龙,张继祥,刘运腾,钟厉.6016铝合金冷轧显微组织和织构的演变[J].稀有金属材料与工程,2017,46(06):1559～1565.[5] 黄元春,颜徐宇,肖政兵,杜志勇,黄雨田,邱涛.AA6061铝合金冷轧过程中织构的演变与断裂机制[J].粉末冶金材料科学与工程,2015,20(06):822～828.[6] 汪波,易丹青,陈宇强,王斌,李泽英.2E12铝合金在冷轧和退火过程中织构和显微组织的演变[J].中国有色金属学报,2013,23(11):3064～3074.[7] 李万印,陈亮维,杨钢,虞澜,史庆南,易健宏.1235铝合金铸轧坯料在加工过程中的织构演变[J].轻金属,2016(09):48～52.[8] 陈慧琴,柏金鑫,路瑞龙,林金保.新型超高强铝合金热变形及退火微观组织与织构[J].中国有色金属学报,2014,24(09):2243～2249.[9] 肖守均.加工工艺对铸轧3003铝合金再结晶组织与织构影响的研究[D].重庆:重庆大学,2016.[10]Zhang J X,Zhang K L,Liu Y T,et al.Microstructure and texture evolution of 6016 aluminum a lloy during hot compressing deformation[J].Rare Metals,2014,33(4):404～413.[11]Huang Y C,Liu Y,Li Q,et al.Relevance between microstructure and texture during cold rolling of AA3104 aluminum alloy[J].Journal of Alloys and Compounds,2016,673:383～389.[12] 杨平.电子背散射衍射技术及其应用[M].北京:冶金工业出版社,2007.[13] 谢锦岳.6016铝合金板材的织构和微观组织研究[D].重庆:重庆大学,2015.。
3003铝合金微圆筒拉深成形研究---优秀毕业论文参考文献可复制黏贴
工学硕士学位论文3003铝合金微圆筒拉深成形研究 MICRO DRAWING OF 3003 ALUMINUM ALLOY CUP马冬莉哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号： TG 306国际图书分类号: 621.7.01工学硕士学位论文3003铝合金微圆筒拉深成形研究硕士研究生：马冬莉导师：郭 斌 教授申 请 学 位：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TG 306U.D.C.: 621.7.01Dissertation for the Master Degree in EngineeringMICRO DRAWING OF 3003 ALUMINUMALLOY CUPCandidate：Ma DongliSupervisor：Prof. Guo BinAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpecialty：Material Processing Engineering Affiliation: Department of Material Scienceand EngineeringDate of Defence：June, 2006Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着微机电系统的高速发展，对微型零件的需求越来越迫切。
微塑性成形技术作为微加工的一种，在微型零件的精确、高效和批量成形中发挥着非常重要的作用。
本文通过单向拉伸试验研究了3003铝合金箔板微小试样机械性能的尺寸效应，并且通过模拟和实验相结合方法研究了3003铝合金箔板微圆筒拉深成形工艺，得到了最小直径为1mm的成形质量良好的微圆筒拉深件。
铝合金激光冲击强化技术的研究
金属热处理学报第1 8卷第4 期Vol . 1 8 No . 4 1 9 9 7 年 1 2 月TRANSAC T IONS O F M E T AL HEA T TR E A TM EN T December 1 9 9 7铝合金激光冲击强化技术的研究唐亚新张永康张宏余承业(南京航空航天大学)吴鸿兴郭大浩(中国科学技术大学)摘要对激光冲击诱导的应力波峰值压力进行了理论估算,提出了激光参数的选择原则。
对铝合金2024 T62 进行的激光冲击试验的结果表明,经冲击试件的疲劳寿命获得了很大程度的提高。
最后对激光冲击强化的机理进行了初步分析。
关键词激光冲击铝合金疲劳寿命激光冲击强化(L a ser shock p r ocessing ,L SP) 是利用高功率密度、短脉冲强激光照射金属材料表面,使材料表面局部气化,形成向材料内部传递的强冲击波,在冲击波的作用下,材料的力学性能得到明显改善 1 ,其原理如图1 所示。
与传统的激光表面处理技术比较,激光冲击处理时间极短,基本上没有向材料内部的热量传递,因此不存在软化区,同时该方法操作简单,具有一定的技术优势。
1 激光诱导的冲击波峰压的理论估算与参数优化1 .1 冲击波峰压的理论估算激光冲击由激光能量支持的冲击波模型如图2 所示。
为便于分析计算,作如下假设:(1) 在光斑面积内,激光能量均匀分布; (2) 金属材料均质、连续、各向同性; (3) 金属蒸汽在爆炸前后均为单原子理想气体; ( 4) 由于冲击时间极短,整个反应过程认为是一个绝热过程,产生的爆轰波是一维平面波。
根据爆轰波理论 2p 为 3 :p =本文收到日期:1996 年8 月31 日初稿,1997 年10 月18 日修改稿本文联系人:唐亚新,男,1967 年11 月生,讲师,江苏省南京市( 210016) 南京航空航天大学502 教研室23第4 期 唐亚新等 :铝合金激光冲击强化技术的研究图 1 激光冲击强化原理Fig. 1 Principle of laser shock p r ocessin g图 2 激光冲击波模型Fig. 2 Mo del of laser shock wave表 1 激光冲击参数及峰压估算T a b le 1 Laser shock paremeters & calcula tion of w av e pressure能量/ J 脉宽/ ns光斑直径/ mm功率密度/ ( G W ·cm - 2)峰压估算/ G Pa2818 1911 1611 2416 3719 3414 3614 1413 1018 818 111350 50 50 50 50 50 50 50 50 50 5010 10 9 9 9 9 9 10 10 10 10 0173 0149 0151 0177 1119 1108 1114 1140 1105 0183 11101125 0196 0198 1129 1173 1162 1168 1192 1159 1139 1164101850 10 1105 11591 .2 参数优化激光冲击要达到强化效果 ,须使金属材料产生一定的塑性变形 ,因此要求激光诱导的冲击波峰压大于金属材料的动态屈服强度 ,即 p ≥σD。
铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展_柳军宁
铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展柳军宁*1,2裴峻峰1,2(1.常州大学;2.江苏省油气井口装备工程技术研究中心)摘要介绍了激光冲击强化的作用机理,综述了激光冲击强化对铝合金材料残余应力、疲劳寿命、表面形态和微观结构等机械性能的影响和有限元分析方法在研究中的应用,总结了国内外在该领域的最新研究迸展。
关键词激光冲击强化铝合金机械性能中图分类号TQ05014+1文献标识码A文章编号0254-6094(2011)02-0141-05铝合金比重小,但却有着接近或超过优质钢的强度,具有热膨胀系数低、易于成形、热导率高、成本低廉等优点,广泛应用于航空、航天、汽车、包装、建筑、电子等各个领域。
但是,铝合金也存在诸多问题,如在氯离子及碱性介质存在的情况下,极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等多种形式的破坏,硬度较低、摩擦系数高、磨损大,容易拉伤且难以润滑导致铝合金耐磨性差。
这些在很大程度上都限制了铝合金的使用范围[1,2]。
国内外对铝及其合金表面进行改质处理的研究很多,这些方法都可改变铝及其合金表面的应力分布、摩擦系数、微观硬度等,以期拓宽其应用范围。
激光冲击波技术利用其极高的冲击压力,对材料作冲击改性处理,在金属的冲击强化处理和材料的冲击精密成型等领域已获得广泛的应用[3]。
笔者主要介绍激光冲击强化(LSP)在铝及其合金表面改性方面的应用和研究进展。
1激光冲击强化的机理激光冲击强化(简称LSP)技术,是利用高功率密度(大于1GW/c m2)的短脉冲(ns级)激光,辐照金属材料表面所产生的高密度等离子体喷射爆炸所形成的冲击应力波(GPa级)来改善材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的一项新技术[4~8]。
激光冲击一般采用钕玻璃、红宝石及YAG高功率激光装置[9](图1),激光功率密度一般大于1G W/c m2,有时可达10T W/c m2。
如此强度的激光与材料相互作用会出现激光等离子体现象,这是一种物理现象。
铝合金挤压成形技术及表面处理阳极氧化与喷涂焊接新工艺和挤压设备模具设计
铝合金挤压成形技术及表面处理阳极氧化与喷涂焊接新工艺和挤压设备模具设计1. 引言1.1 概述铝合金挤压成形技术是一种常用于制造复杂截面形状的工艺，具有高效率、高精度和低能耗等优点。
随着现代工业的发展，对于铝合金制品需求的增加，挤压成形技术得到了广泛应用并不断发展。
此外，为了改善铝合金制品的表面性能和保护其表面免受腐蚀等损伤，表面处理技术显得尤为重要。
其中，阳极氧化技术作为一种有效的表面处理方法，在提升铝合金产品硬度、耐磨性和耐腐蚀性方面具有显著效果。
而喷涂焊接则可以在保护铝合金表面的同时提供额外的附加功能。
此文旨在全面探讨铝合金挤压成形技术及其相关的表面处理——阳极氧化与喷涂焊接新工艺，并介绍现有模具设计理论与方法。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述：第2部分将介绍铝合金挤压成形技术的原理、设备以及工艺流程与参数控制。
第3部分将详细阐述阳极氧化技术，包括其过程、机理研究以及工艺优化和改进，同时介绍表面度量方法和性能评估指标。
第4部分将重点讨论喷涂焊接新工艺的原理、应用领域、特点以及材料选择和性能研究。
第5部分将着重介绍挤压设备模具的设计原则和要求，模具结构优化方法，并探讨热模具设计与仿真分析的相关内容。
最后，本文将在第6部分给出总结和结论。
1.3 目的本文的目标是全面探讨铝合金挤压成形技术及其相关表面处理技术，为读者提供深入了解该领域的知识。
通过对挤压设备模具设计的介绍，读者可以加深对模具设计原则和优化方法的了解。
文章旨在促进铝合金挤压成形技术和相关表面处理技术在实际应用中的推广与发展，并为进一步研究此领域提供参考。
2. 铝合金挤压成形技术：2.1 原理介绍：铝合金挤压是一种常用的金属塑性加工技术，通过将铝合金坯料放入挤压机上的容器中，施加高压力将坯料挤出模具成形。
在挤压过程中，坯料会经历变形和流动，最终得到具有一定截面形状的长条状产品。
2.2 挤压设备概述：铝合金挤压设备通常由主缸、辅助装置和控制系统组成。
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3003铝合金激光冲击微挤压成形研究王匀;范苏湘;甘斐;王荣茂;徐国峰;殷苏民【摘要】The micro-bulk forming with laser shock under the restriction of micro-extrusion die is a kind of new forming technology , which utilizes shockwave induced by laser to produce volume deformation of local sheet metal under the constraint of the die .A model of micro-extrusion of laser shock was developed to analyze the forming depth of different sheet thickness (0.12mm, 0.15mm, 0.17mm and 0.22mm) of 3003 aluminum alloy under different diameters of the micro-dies (0.4mm, 0.7mm, 0.9mm and 1.1mm).After establishing finite element model for numerical analysis , theoretical analysis and experimental verification were carried out and the data of the forming depth were obtained under different thickness and different diameters of the micro-dies.The results show that the forming depth increases sharply , then slowly with the increase of sheet thickness .For the same thickness , the sheet forming depth increases with the increase of diameter of the micro-die in a non-linear way.For the single shock, the number of shock has a great influence on the sheet forming depth.It is found that the simulation results are in accordance with experimental results , which gives support for the quality control of micro-bulk forming .%微挤压模约束下的激光冲击微体积成形技术是利用激光诱导的冲击波使局部金属在凹模约束下产生体积变形的一种成形新技术。
为了分析不同板厚（0．12mm，0．15mm，0．17mm和0．22mm）的3003铝合金在不同凹模孔径（0．4mm，0．7mm，0．9mm和1．1mm）约束下的成形深度，采用建立有限元模型进行数值分析的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了不同板厚和不同孔径成形下成形深度的数据。
结果表明，成形深度随板厚的增大而增大趋势逐渐减小；对于同一厚度，板料成形深度随孔径的增大呈非线性增大趋势；对于同一点冲击，冲击次数对板料的成形深度影响很大。
数值分析结果与实验吻合度较好，这一结果对微体积成形质量控制是有帮助的。
【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】5页(P820-824)【关键词】激光技术;微挤压成形;数值分析;微凹模【作者】王匀;范苏湘;甘斐;王荣茂;徐国峰;殷苏民【作者单位】江苏大学机械工程学院，镇江212013;江苏大学机械工程学院，镇江212013;江苏大学机械工程学院，镇江212013;江苏大学机械工程学院，镇江212013;江苏大学机械工程学院，镇江212013;江苏大学机械工程学院，镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TG485微挤压成形工艺是在传统的冲压工艺基础上发展起来，具有高效率、低成本的特点，在微机电系统零件成形方面的应用越来越广［1］。
本试验中所采用的材料为Al3003，其突出特点为耐蚀、导电导热性能好、可加工性好，尤其是良好的防磁和抗干扰性能使其在微机电系统领域应用广泛。
目前主要是采用传统挤压微型化的方法进行零件成形，由于表面效应和尺寸效应的存在，使得微成形工艺和理论尚不成熟。
另一方面，自1963年发现脉冲强激光与金属靶材作用会在表面形成等离子体区域并产生应力波以来［2］，国内外一直高度重视对激光冲击强化（laser shock processing，LSP）技术的研究和应用［3］。
激光冲击成形是通过高功率短脉宽强激光作用于覆盖在板材表面的能量转换体，吸收层吸收激光能量后形成急速膨胀的等离子体并向板材内部传播，当形成的爆轰波峰值超过板材动态屈服极限时，板材实现塑性变形［4-5］。
但是目前主要研究板料成形，而实际上在亚毫米级及微米尺度下，板料的微小区域就相当于微体积成形坯料，其成形高度和板厚在同一数量级，利用微模具，选用超快短脉冲激光产生的超高应变率冲击波能够实现微构件的体积成形，因此借助激光冲击实现微挤压成形并开展相关方面的研究有重要意义。
本文中主要针对Al3003，研究不同工艺参量对激光冲击微挤压成形深度的影响规律。
激光冲击微挤压成形试验示意如图1所示。
实验中所使用的材料为Al3003，其化学成分见表1。
物理性能参量如下：密度为2740kg/m3，泊松比为0.33，杨氏模量为72000MPa，抗拉强度为320MPa。
板厚为0.12mm～0.22mm，微凹模孔径为0.4mm～1.1mm。
试验中使用的激光器为Nd：YAG GAIAⅡ激光器。
试验中激光参量如下：功率密度为1.2GW/cm2～1.4GW/cm2，脉冲波长为1.06μm，脉宽为13ns，光斑直径为3mm。
铝箔为吸收层，厚度为0.1mm；流水为约束层，厚度为1mm。
成形深度的测试在VEECO WYKO NT1100非接触光学轮廓仪上进行。
试验前后试样见图2和图3。
2.1 数值分析模型的建立模拟所用的板材为10mm×10mm的Al3003方形板，板厚分别为0.12mm，0.15mm，0.17mm和0.22mm，选用的凹模尺寸为10mm×10mm×2mm，凹模孔径分别为0.4mm，0.7mm，0.9mm和1.1mm，材料性能参量见表1。
基于结构对称性，取模型1/4进行数值分析，x-z面和y-z面为对称面，并在相应对称面上施加边界条件，数值分析模型如图4所示。
2.2 金属材料的本构模型由于激光冲击成形是在一个高度非线性的瞬时动态完成［6］，模拟采用Johnson-Cook模型，其简化后的本构关系为下式：式中，σy为屈服应力为无量纲塑性应变率其中，加横线表示等效塑性应变，加点横线表示等效塑性应变率；常数A，B和n反映了材料的应变硬化特征，C反映了应变率对材料性能的影响，A=0.463GPa，B=0.319GPa，n=0.32，C= 0.027。
2.3 冲击压力的加载模拟采用的激光峰值压力可以根据FABBRO［7-8］建立的冲击波峰值压力与激光功率密度之间的关系式进行计算：式中，pmax为冲击波峰值压力；I0为激光功率密度；α为激光与靶材的相互作用效率，通常α=0.2～0.5；Z是复合冲击阻抗，定义为这里Z1和Z2分别为材料的冲击阻抗和约束层的冲击阻抗。
激光冲击铝质靶材，使用水做约束层，那么Z1=1.5× 106（g·cm-2·s-1），Z2=0.165×106（g·cm-2· s-1）。
冲击波的加载时间一般为激光脉宽的3倍左右［7］，分析采用的激光脉冲宽度为13ns，所以冲击波加载时间为39ns，有效光斑直径为3mm，可将加载曲线简化为三角波［9］，光斑上的冲击压力满足高斯分布。
3.1 不同板厚对成形深度的影响根据计算，分析采用的激光冲击波峰值压力为1.22GPa，选用摩擦系数为0.1，板料厚度分别为0.12mm，0.15mm，0.17mm，0.22mm，微凹模孔径为0.5mm，压边力为80N，冲击1次。
实验结果与分析结果见图5。
图6所示为不同厚度板料的成形深度云图。
图中U表示数值模型中相对坐标系的位移量，因此有U1，U2，U33个坐标方向；U3即图6中所考察形成深度方向的相对位移量。
结果显示，当板料厚度为0.12mm增至0.22mm时，成形深度随板料厚度增加而呈非线性减小的趋势。
对图5模拟值采用非线性拟合方法，拟合出成形深度Y关于厚度X的近似方程式：当板厚为0.12mm时，板料的最大成形深度达到32.165μm。
而当板厚增至0.22mm时，最大成形深度只有4.526μm。
分析主要原因是，在激光冲击微挤压成形过程中，对于0.60mm的凹模，微挤压所需的塑形变形功以及挤压力随着板厚的增加而增加，因此对于相同激光峰值压力的总用，微挤压成形深度逐渐减小。
其实随着板料厚度的增加，激光冲击波诱导的成形力对板料的影响也在逐渐变小，在凹模的约束下成形更加困难。
所以在相同能量的激光冲击下，合理地选择板料厚度可使成形效果更加显著。
3.2 不同凹模孔径对成形深度的影响选用的激光冲击波峰值压力为1.22GPa，摩擦系数为0.1，板厚为0.12mm，微凹模孔径为0.4mm，0.7mm，0.9mm和1.1mm，压边力为80N，冲击1次。
实验结果与分析结果见图7。
图8所示为不同凹模孔径下的成形深度云图。
结果表明，在同一激光能量冲击下，随着凹模孔径从0.4mm增至1.1mm时，板料的最大成形深度并非简单地线性增加，而是呈非线性增大趋势。
对图7模拟值采用非线性拟合方法，拟合出成形深度Y关于厚度X的近似方程式：当凹模孔径为0.4mm时，板料的最大成形量为36.231μm，而当凹模孔径增大至1.1mm时，板料的最大成形量达到46.124μm。
这表明在激光能量相对较小，晶粒尺寸和微凹模孔径较为接近时，成形过程变为少数晶粒或者单个晶粒在微凹模中的变形，成形变得更加困难；同时凹模孔径对板料成形深度的影响变得更加复杂。
因此随着凹模孔径的增大，板料的成形深度呈非线性增大趋势。
3.3 冲击次数对成形深度的影响研究发现，如果只是对板料进行单次冲击，板料的成形效果并不是很显著，所以可以进行小能量多次冲击［10］。