【作 者】王剛;孔得紅;李思奕;朱潤寰;茅煒

　　【摘 要】提出了雙金屬復合管的氣壓脹形-冷縮結(jié)合成形新工藝。首先通過熱拉伸試驗確定了AZ31鎂合金和7475鋁合金2種擠壓管在420、440和460℃的周向流動應力和延伸率,在此基礎上,計算出了使鋁管和鎂管產(chǎn)生變形所需的初始氣壓和最大氣壓,并且在460℃實現(xiàn)了AZ31/7475雙金屬復合管的成形,所成形的AZ31/7475雙金屬復合管結(jié)合緊密,無冶金結(jié)合;研究了因鋁管、鎂管和模腔之間存在偏心而導致的復合管橫截面壁厚不均勻分布規(guī)律;推導出了管間殘余接觸應力的計算公式,其包含卸載氣壓后因彈性恢復不同引起的殘余接觸應力和因2種合金冷縮量不同引起的殘余接觸應力。利用壓縮實驗實測了復合管的殘余接觸壓力,理論計算值與實測值吻合較好,相差約19.2%。

　　【前 言】

　　鋁、鎂合金是典型的輕質(zhì)材料，鎂合金密度低、比強度和比剛度高、減震、導熱性和電磁屏蔽性好，而鋁合金比強度和比剛度高、表面易形成致密的氧化膜，耐腐蝕性優(yōu)良。因此，鎂/鋁復合管或板殼件可以兼具鎂、鋁合金的性能優(yōu)勢【1,2】。雖然當前可用來生產(chǎn)雙金屬復合管的塑性成形工藝較多，如液壓脹形[[3,4]，旋壓[5]、拉拔[6]、擠壓[7]、電磁成形[8]爆炸成形[9]等，但由于鎂合金和許多鋁合金室溫下塑性差，不能象鋼類復合管那樣采用液壓脹形、拉拔、旋壓、電磁成形、爆炸成形等塑性成形方法來生產(chǎn)，而采用擠壓方法生產(chǎn)，又存在著管材壁厚不均勻、易產(chǎn)生波浪、竹節(jié)等缺陷[[10]。王開坤、杜艷梅等采用ABAQUS有限元軟件對A356/AZ91D雙金屬復合管在半固態(tài)多坯料擠壓工藝下進行數(shù)值模擬研究，得到變形體在不同變形溫度下的溫度場和應力、應變分布[11，12]。鎂/鋁復合管

　　由于加工技術(shù)的限制，目前應用還很少，迫切需要開發(fā)新的成形方法。

　　本研究提出了一種氣壓脹形一冷縮結(jié)合成形鎂/鋁合金雙金屬復合管的工藝，此工藝具有工藝簡單、復合管的內(nèi)管無摩擦以及破壞現(xiàn)象、結(jié)合強度較高等特點。其成形原理如下：將鋁合金(例如7475)管置于熱膨脹系數(shù)比其大的鎂合金(例如AZ 31)管之內(nèi)，兩管間具有較小的間隙，將組裝好的鎂/鋁雙層管置于模具中，密封內(nèi)管，加熱到鎂、鋁合金管的塑性成形溫度后，從端部通入惰性氣體脹形，使兩管局部開始接觸并持續(xù)進行脹形，使異種合金雙層管同時變形與模具貼合，形成雙金屬復合管，在卸壓、冷卻之后，內(nèi)層和外層管之間因為線收縮不同而物理結(jié)合，通過改變復合管的初始冷卻溫度(例如成形后先保壓模內(nèi)冷卻后空冷和成形后先升溫后空冷)等手段，可調(diào)節(jié)層間殘余接觸應力，成形原理見圖1。

　　【結(jié) 論】

　　1、在420~460℃，AZ31和7475擠壓管材的周向延伸率基本上都超過了100%，同時流動應力較小，具備同步氣壓脹形的條件。

　　2、在460℃，采用初始氣壓3 MPa、最大氣壓5MP a，按1 MPa/60 s的加載速率成形出了AZ31/7475雙金屬復合管，管間界面結(jié)合緊密，無冶金結(jié)合。

　　3、因管材偏心，雙金屬復合管橫截面壁厚分布不均勻，復合管、鎂管和鋁管最大偏離理論壁厚在5%~10% 。

　　4、管間殘余接觸應力應包含由于收縮不同產(chǎn)生的冷縮殘余接觸應力以及氣壓卸載后因回彈不同產(chǎn)生的回彈殘余接觸應力，殘余接觸應力計算值與實測值相差約19.2%，吻合較好。

　　以下是正文：