超低温挤出切削7075铝合金的组织与性能.pdfVIP

超低温挤出切削7075铝合金的组织与性能

殷晓龙;邓文君;张嘉阳;皮云云

【期刊名称】《《华南理工大学学报（自然科学版）》》

【年(卷),期】2019(047)005

【总页数】7页(P89-95)

【关键词】7075铝合金;超低温;挤出切削;微观组织;硬度

【作者】殷晓龙;邓文君;张嘉阳;皮云云

【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

【正文语种】中文

【中图分类】TG506.3

7×××系铝合金是一类析出硬化型的变形铝合金，具有很高的比强度，广泛应用于

航空航天、汽车制造等领域.近些年，7×××系铝合金超细晶材料及其制备工艺受

到越来越多的关注，与相应的粗晶材料相比，超细晶材料的强度、硬度及耐腐蚀性

等都更为优异[1-3].大塑性变形法(SeverePlasticDeformation，SPD)是制备超

细晶材料最普遍使用的方法，它主要通过对材料施加单次或多次的剪切应变，促使

材料内部晶粒的破碎、细化，从而达到细化晶粒的目的，其中挤出切削法

(ExtrusionMachining，EM)因其直接、高效的工艺过程，受到了许多国内外学者

的青睐.梁土荣等[4]的研究表明，经过EM后的AZ31镁合金材料组织得到显著的

细化，且硬度较原始材料有了近33%的提升；Deng等[5-6]利用有限元建模与实

验相结合的方法系统地探讨了EM过程中材料的变形行为及力学特性；Iglesias等

[7]的研究发现，通过EM得到的纯铜带材的耐磨损性能更为优异，且具有方向依

赖性；Bai等[8]利用EM制备出了表面光滑且连续的6013铝合金带材，并发现随

着切削速度的提高，带材强度降低.

国内外对挤出切削的研究主要集中在常温领域，然而在切削过程中，材料经过第一

变形区时变形做功以及刀-屑摩擦做功会产生大量的热，从而使材料内部发生动态

回复，导致材料强度被削弱，因此，消除加工温度对材料的负作用具有很重要的意

义.采用低温技术与切削相结合的方式制备超细晶材料的研究目前尚未见相关报道，

基于此，文中提出了超低温挤出切削法(Cryogenic-TemperatureExtrusion

Machining，CT-EM)制备超细晶材料的新工艺，以7075铝合金为工件材料，探

讨铝合金的低温加工性能、微观组织变化及其与材料强化机制的内在联系.

1实验方法

1.1实验原理

图1所示为EM的原理图，通过在刀具前端添加的一个限制块体，使原本自由成

形的切屑进入一个预先设定好的通道内，从而形成一条形貌规则、可控的带材，使

切屑同时经历剪切与挤压的双重作用.图1中，α为刀具前角，td、tch分别为待切

厚度和切屑厚度，v为切削速度，RNF、TD、CFD分别代表前刀面法向(Rake

FaceNormal)、横向(TransverseDirection)及切屑流出方向(ChipFlow

Direction).切屑受到的剪切应变ε为

(1)

λ为切削厚度压缩比，

(2)

图1挤出切削原理图Fig.1Principleofextrusionmachining

1.2实验过程

选用铝合金7075管材作为工件材料，其规格为φ70mm×6mm×150mm，化

学成分(质量分数)为：5.6%Zn、2.5%Mg、1.6%Cu、0.5%Fe、0.4%Si、0.3%

Mn、0.23%Cr、0.2%Ti，其余为Al.切削实验前首先对工件作固溶处理

(SolutionTreatment，ST)，其目的是为了得到过饱和固溶体.固溶处理在箱式电

阻炉中进行，选择到温放样，固溶温度为470℃，固溶时间为2h，水淬，水温

为常温，转移时间小于5s.

将固溶处理后工件材料浸入液氮20～30min，达到使材料充分降温的目的.之后将

工件取出，快速进行EM，最大程度地保持实验过程中工件的超低温水平.每进行

下次切削之前都需将工件重新浸入液氮中5min左右，再取出开展新实验，如此

循环往复，直至实验结束.作为对比，还需对固溶态7075铝合金实施一系列的RT-

EM实验.将两种方法收集到的切屑带材放入冷柜中备用.所有切削实验均在

CA6140A型车床上进行，实验转速为25r/min，实验装置如图2所示.刀具材料

为高速钢，其中待切厚度td和切屑厚度tch可通过安装在组合刀具上的螺栓组和

垫片调节，两种方法所用的