挤压速度对铝合金挤压制品焊合过程中组织与性能的影响

曾广飞

青海国鑫铝业股份有限公司，青海西宁 810000

1 试验的方法

随着计算机技术的发挥，通过数值模拟的方式，采用有限元分析的方法，对挤压过程进行研究，例如，对空心铝型材进行寿命的分流影响的分析，研究出镁合金的应力影响的模拟挤压速度、摩擦的状态，对铝型材挤压过程的影响，挤压速度对双通道等径角进行挤压的力学性能分析，包括挤压速度对挤压过程产生的影响等，分析了焊合的质量，同时也分析了焊合的接口处的组织变化规律[1]。

实验的材料选取的是铝合金材料，尺寸为25mm×400mm，分流模样挤压的过程通过简化，将焊合的过程进行了保留，在两个A、B孔内进行了分流孔的设定，采用焊合室的方法进行了结构的简化，将中间的实验模具进行了焊合深度的设定，焊合的深度分别为5、10mm，采用的模具的半圆直径为140mm，下部的边缘宽度和上部边缘的长度分别为20mm和10mm，外圆的直径为160mm，总高为180mm，挤压杆的长度为70mm，直径为22mm[2]。

实验中经过车削加工和线性的切割加工之后，逐渐被切割成了成品，用砂纸打磨之后，模具变得光滑，放在加热炉中，进行了高温的加热，达到540℃之后，进行观察，使用到的器具包括了立式挤压机和光学显微镜，观察的内容包括挤压的拉伸力力学性能，室内组织样貌，以及模拟的挤压的焊合的结果，相关的温度场效应等。

2 实验结果

（1）产品的质量在羁押过程中，由于温度的变化，产生很大的影响，铝型材的内部纤维组织，在受到出口和焊合温度的影响后，在产品冷却之后，由于成形的温度不同，对产品的质量和尺寸精度产生了影响，加压铝型材的过程中，不同部位的温度升高，影响了温度变化的稳定性，需要采用数值模拟分析的方法，进行相关的论证。

铝合金的挤压速度在实验中，经过焊合室内部的温度的最高值的有限元模拟，发现随着温度的影响不断增大，挤压的速度不断地升高，温度在高于边部的前提下，当挤压的速度达到15mm/min后，焊合的心部的温度达到了540℃，挤压速度此时为60mm/min。焊缝的心部的温度再次提升之后，达到545℃，此时温度升高的前提下，挤压的变形区间的热量不断的提高，引发了挤压速度的提高，减少了传导的时间。大量的变形热来不及扩散，只能在热传导的时间内加以减少，确保了产品内部组织的稳定，挤压的速度在焊合温度变化的范围内不断减少，温度的分布发生了均匀化的现象[3]。

在不同的加压速度的状态下，挤压的形成和加压的荷载曲线中，可以看到金属发生了一定程度塑性变形，挤压的载荷在挤压速度增大的前提下，不断提高了加压的速度，当加压速度恒定时，却由于坯料横踢速率的提高，导致了变形抗力的增大，挤压焊合过程中，加压的速度随着坯料内部温度的升高而加快，金属的流动应力不断降低，材料变形的抗力产生了一定程度的挤压速度，改变了相应加压速度下的摩擦力，也改变了塑性变形的稳定性。在金属焊合的阶段，挤压力随着挤压速度的降低却升高了，温度逐渐降低之后，温度场的变化范围也发生了缩小，挤压力的变化开始变得趋于缓和，但是经过多次挤压速度的论证，发现当挤压力达到30mm/min时，焊合的力量最大，提高了焊合的质量，同时发生了一定程度的温度分布均匀一致的现象。

（2）对于挤压速度对焊合组织的影响，采用一定的组织晶粒的铸态度分析，可以看到基体中的小颗粒在弥散的状态下，发生了一定程度的强化。根据光学显微镜的观察结果，发现不同的挤压速度下，铝合金经过挤压焊合后，在切割完试件之后，从不同挤压速度的金属焊合面的显微组织形态来看，原始的铸件组织中，晶粒的尺寸拥有显著的变形结果，畸变和温度的升高在很短的时间同时发生，再结晶后，晶粒变大。不同的挤压速度下，晶粒的变形是不同的，位错密度不同，导致在再结晶和回复的阶段，亚晶粒的大小也不同，在金相的图片上，表现出了晶粒大小和相貌的差异性。随着挤压速度的增加，晶粒的碎化变得严重，晶粒的尺寸变的较小，挤压的速度从80降低到了30mm/min，平均的晶粒的尺寸也随着挤压速度的增加而增加，此时晶粒的细化效果较好，具有明显的方向性，晶粒的平均尺寸达到了65.3um。

（3）在挤压速度不断变化的前提下，焊合件的单向拉伸强度随着挤压速度的增加，不断降低强度，抗拉的强度随着挤压温度的升高，先抑后扬。加压的速度开始为30mm/min，抗拉的强度达到了96.33MPa。

表2 挤压速度对焊合性能影响

3 结语

挤压变形稳定阶段，随着挤压速度的升高，挤压力相对来说有所增加，焊合室中充满了坯料，焊接阶段，对应的挤压速度，从大到小，挤压力的最大值也出现了顺次的变化。通过对挤压过程温度场的模拟，发现挤压的速度与挤压的温度变化是成正比的。挤压的速度为60mm/min 的时候，焊合区域的最大温度升高达到了5.7℃。不同的挤压速度下，晶粒的尺寸也不尽相同，挤压速度对材料的焊合强度的影响是非常大的，在焊合抗拉强度最小的状态下，挤压的速度达到了最大，抗拉强度也达到了一定的峰值。