[发明专利]铝合金挤压焊合性能测试的模拟实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属挤压焊合性能实验方法，特别是指一种铝合金挤压焊合性能测试的实验方法(或物理模拟技术)，用于挤压焊缝区的变形特征测试与挤压焊合质量的评测。

背景技术

金属挤压是指对挤压筒内的金属坯料施加外力，使金属从挤压模模孔中流出，从而获取所需截面形状及尺寸的一种塑性加工方法。铝型材挤压生产技术目前已普遍推广，但挤压工艺对挤压产品质量及性能有着深远的影响，需要深入研究。在铝合金空心型材挤压生产中，通常用分流组合模实现铝合金的挤压焊合，将实心坯料首先通过分流孔分流进入模具焊合腔，然后经过挤压焊合从分流模模芯和凹模模口形成的缝隙中流出。因此在挤压型材中难以避免的对焊缝的挤压，往往成为其应用中的“软肋”，挤压焊合的质量决定了整个型材的强度。挤压工艺参数对挤压焊合有显著影响，需要了解它们之间的关系，制订合适的挤压工艺参数。

挤压焊合的物理本质是将两个被连接的固体材料表面原子彼此接近到金属晶格距离，形成原子键的结合，达到冶金结合目的，属于固态焊接。铝型材挤压过程中，加热状态的金属铝坯被置于挤压模具腔内，在挤压载荷作用下金属从模芯周围流出，在固态下被焊合，然后形成挤压焊缝。因为挤压焊缝是在固态压力下焊合而成，其机械性能优于其他焊缝。不同种类的铝合金，其挤压焊合性能有较大差别，对外界压力、温度、速度等因素很敏感。

铝合金的挤压焊合过程需要较大的载荷和设备，实验室设备往往很难满足要求。更重要的是，工业生产中铝合金的挤压焊合过程在挤压机内实现，若要观察金属在挤压焊合过程中的流动情况及焊合特征是很困难的。因此，物理模拟实验方法就显得尤为必要及重要。对于金属材料加工来说，通常是利用小试样，借助于某实验装置，在实验室设备上或加工过程中的受热或受力的物理过程，充分准确地再现金属材料或制件在热加工中的组织和性能变化规律，评定和预测金属材料在制备或加工过程中可能出现的问题，找出实验参数对金属成形的影响规律，优化加工工艺参数，为工业加工工艺指定提供技术参考和理论依据。

文献[Edwards S.-P..Physical simulation of longitudinal weld seam formation in aluminum extrusions.Materials Science Forum，2006，vols.519-521，pp.1403-1408]中采用两根圆柱试样在Gleeble热力模拟实验机上进行压缩焊合实验，焊合区的材料自由流动，在强大的压力下焊合。这种情况与实际的焊合有区别，铝合金的焊合在模具型腔内成型，受到模具对金属本身的约束作用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种实现铝合金挤压焊合性能测试的模拟实验方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：一种铝合金挤压焊合性能测试的模拟实验方法，步骤如下：

第一步：铝合金试样制备

取铸态铝合金棒材，制备两根圆柱形铝合金试样，保证试样圆而直，并对试样的一个端面进行精加工，保证表面光洁和平整；

第二步：挤压焊合模具的设计及制造

模具为两瓣剖分式，内部设置有焊合腔及中心试样腔，焊合腔与试样腔相通，焊合腔的位置是保证两根试样的接触面处于焊合腔内，试样直径与试样腔直径一致，模具外表面为圆锥面，与套筒配装，套筒的外围设置有加热装置，与加热控制系统连接；

第三步：挤压焊合温度测量及控制

在挤压实验进行前，将试样加热到金属再结晶温度以上，放入到预热模具中；

第四步：挤压焊合

取两根加热好的铝合金试样置于模具中，精加工端面相接触，试样的接触面处于焊合腔内；在上方试样上盖一压头，按预设的速度和行程进行挤压，同时记录液压机行程和载荷变化；

第五步：取出试样

挤压结束后，从套筒下方扩大腔处向上推出模具，取出试样；

第六步：焊合性能测试

对挤压焊合后的试样进行单向拉伸实验，直至拉断为止，测试并记录拉伸载荷，对断面进行微观组织观察，分析比较不同挤压温度及应变速率下微观组织特征及拉伸载荷特征，找出影响规律。

进一步地，上述焊合腔横截面略大于试样腔，高度小于试样腔。

进一步地，上述焊合腔偏心设置或正中设置都可以。

进一步地，挤压时模具温度一般控制在400℃～500℃，挤压金属应变速率一般控制在0.001s^-1～100s^-1。