【導(dǎo)讀】的性能和微觀特性進(jìn)行分析研究，對(duì)模具和擠壓工藝設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。屬流變和溫度影響下的應(yīng)力、溫度場(chǎng)變化仿真程序，為模具設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在pro/e環(huán)境下對(duì)主要模具零件的建模，繪制折合1張零號(hào)圖紙的工作量。等）和微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)試和分析工作。第1~3周，認(rèn)識(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，改進(jìn)方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。第9~12周，有限元分析程序設(shè)計(jì)和模具參數(shù)優(yōu)化。第12~14周，編寫說明書，答辯。結(jié)構(gòu)與功能材料。有限元是機(jī)械設(shè)計(jì)中重要的力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、設(shè)計(jì)方法，隨著有限元分析。與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，極大促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的水平和設(shè)計(jì)效率。①熟悉《有限元分析》中分析的基本內(nèi)容。在保證良好組織性能的前提下，力求做到體積最小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。術(shù)要求考慮到經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性上的可能性。對(duì)做出的分析進(jìn)行一定的描述。1-2周：選擇設(shè)計(jì)方向，收集資料，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容。8-9周：進(jìn)行熱擠壓模具設(shè)計(jì)以及對(duì)ansysr有限元分析。報(bào)告時(shí)間符合要求。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。

　　

【正文】 法。本實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)氧化法制備 Al2O3/Cu 復(fù)合材料。 第 31 頁 第 二 章 彌散銅性能分析 不同內(nèi)氧化時(shí)間對(duì)合金組織的影響 圖 21 中 （ a）、（ b）、（ c）、（ d） 分別是試樣經(jīng) 900℃ⅹ 1h 退火和試樣 900℃內(nèi)氧化 3h、 6h、 10h 后的金相組織。 （ a） 900℃ⅹ 1h 退火 （ b） 900℃ⅹ 3h 內(nèi)氧化 （ c） 900℃ⅹ 6h 內(nèi)氧化 （ d） 900℃ⅹ 10h 內(nèi)氧化 從圖 （ a）、（ b） 中可以看出退火 1h后心部的晶粒比內(nèi)氧化 3h后心部的晶粒稍大，表明 Al2O3顆粒析出有抑制晶粒再生長(zhǎng)的作用；在 圖 (b)中可以看出內(nèi)氧化后表層晶粒明顯比內(nèi)部晶粒細(xì)小；在圖 （ b）、 (c)、 (d)中可以看出表面層晶圖 21 合金組織的金相圖片 第 32 頁 粒隨時(shí)間的延長(zhǎng)變化不明顯，內(nèi)部晶粒變化較大。 是因?yàn)?內(nèi)氧化過程中，邊界由于氧的擴(kuò)散距離較短， Al2O3 較早的析出，釘扎了正在長(zhǎng)大的晶粒邊界，使晶粒得不到充分長(zhǎng)大，形成的 Al2O3 較晚，晶粒得以充分長(zhǎng)大，所以表面晶粒較??；而在內(nèi)部由于表層 Al2O3 顆粒的形成消耗了氧，抑制了氧進(jìn)一步向內(nèi)部擴(kuò)散，即氧向內(nèi)部的擴(kuò)散速率降低，細(xì)小 Al2O3 顆粒的析出較晚較少，不能完全起到阻礙或抑制晶粒的再生長(zhǎng)，從而內(nèi)部晶粒隨內(nèi)氧化時(shí)間的延 長(zhǎng)，能夠繞過 Al2O3顆粒的釘扎作用再長(zhǎng)大，所以內(nèi)氧化 6h、 10h 的內(nèi)部晶粒比內(nèi)氧化 3h的內(nèi)部晶粒大。 內(nèi)氧化時(shí)間對(duì) Cu/A12O3 合金導(dǎo)電率及硬度的影響 0 2 4 6 8 106062646668707274767880828486889092 導(dǎo)電率 表 面硬度時(shí)間 / h導(dǎo)電率/%（IACS）6065707580859095100105110115120125130135140表面硬度/HV 圖 22 Cu/ Al2O3導(dǎo)電率及硬度隨內(nèi)氧化時(shí)間的變化曲線 圖 22 是試樣在 900℃ 下原始試樣及分別內(nèi)氧化 3h、 6h、 10h 后的試樣電導(dǎo)率及表面硬度 。 Cu－ Al 合金的內(nèi)氧化處理對(duì)電阻具有雙重作用： ① 析出的Al2O3 質(zhì)點(diǎn)本身使 Cu 基體電導(dǎo)率降低； ② Al2O3 質(zhì)點(diǎn)的析出，消耗了基體中的Al， 減少了基體中 Al 的固溶量，基體中的晶格畸變得以緩解，使電導(dǎo)率提高。 第 33 頁 不同溫度下加熱，銅鋁合金內(nèi)氧化后電導(dǎo)率均有不同的提高 。 溫度對(duì)內(nèi)氧化過程中氧擴(kuò)散的影響 通過試驗(yàn)比較，對(duì)不同內(nèi)氧化溫度制備的 Cu/A12O3進(jìn)行了分析 。 (a) 700℃ x10h (b) 800℃ x10h (c) 900℃ x10h 圖 23 不同溫度下內(nèi)氧化后的 TEM 圖 23 描述的是在內(nèi)氧化溫度 700℃ ,800℃ 和 900℃ 下內(nèi)氧化 10 小時(shí)的合金組織圖片。從這三個(gè)圖中，我們明顯看出：隨著內(nèi)氧化 溫度的升高，內(nèi)氧化層的厚度增加，并且可以看出在 700℃ ， 800℃ 和 900℃ 內(nèi)氧化時(shí)，試樣表層比內(nèi)部的晶粒細(xì)小， 900℃ 內(nèi)氧化的表層晶粒和內(nèi)部的晶粒大小表現(xiàn)更明顯。說明氧化溫度高有利于晶粒的長(zhǎng)大和氧的擴(kuò)散。 從熱力學(xué)公式出發(fā)考慮，顯然是在氧分壓允許的范圍內(nèi)溫度越高，內(nèi)氧化 第 34 頁 速度越快，實(shí)際上限制溫高的因素很多：合金的熔點(diǎn)，粉末的燒結(jié)，試樣表面與粉末熔合引起的不平整。但溫度過高，時(shí)間過長(zhǎng)，易發(fā)生 Al2O3顆粒的粗化，還會(huì)影響材料的性能。從試驗(yàn)中 可以得出：平板狀試樣的內(nèi)氧化溫度在 900℃左右較好，為今后的氧化鋁彌散銅 合金復(fù)合材料的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 拉伸性能分析 圖 2－ 4不同變形量下抗拉強(qiáng)度的變化曲線 圖 24 描述了 CuAl 合金 900℃ x3h 內(nèi)氧化后分別變形 0， 20%， 40%， 60%，80%后，其抗拉強(qiáng)度和變形量的關(guān)系曲線。從圖中可以看出隨變形量的增大，其抗拉強(qiáng)度是不斷增高的，這與彌散強(qiáng)化合金的加工硬化現(xiàn)象顯著有關(guān)。費(fèi)希爾 (Fisher),哈特 (Hart)和普賴 (Pry)等認(rèn)為，通過繞過方式堆積在彌散粒子周圍的大量位錯(cuò)環(huán)群，對(duì)弗蘭克 — 瑞德 (FrankRead)位錯(cuò)源作用反向應(yīng)力，使變形應(yīng)力增加，從而使 CuAl 合金在變形區(qū)域產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，提高其抗拉強(qiáng)度。 CuAl 合金內(nèi)氧化的熱力學(xué)分析 采用氧化物粉末作為氧化劑是使用較多的內(nèi)氧化工藝。一般把 CuAl 合金粉末與氧化劑粉末混和均勻后封裝在密閉的容器內(nèi)，設(shè)法降低容器內(nèi)的氧分壓， 第 35 頁 使氧化物分解放出氧氣氧化較活潑的鋁。 圖 2－ 5 CuAl 氧化還原的熱力學(xué)條件 CuAl 的氧化還原條件如圖 2－ 5所示。根據(jù)熱力學(xué)原理，在某一溫度下介質(zhì)氧分壓等于理論分解壓，體系處于平 衡狀態(tài)；當(dāng)氧分壓低于氧化物的分解壓時(shí)氧化物將進(jìn)行還原反應(yīng)。反之 將發(fā)生氧化反應(yīng)。 由圖 2－ 5 可見， Al2O3的分解壓很低，因此，在一般實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)條件下，鋁的氧化是一個(gè)自發(fā)的過程；相對(duì)而言銅的氧化物分解壓要高得多，容易滿足分解條件。例如在真空、氧分壓較低得惰性氣氛中銅的氧化物均很容易發(fā)生分解，放出氧氣。溫度提高、壓力降低有利于 CuO 和 Cu2O 的分解。在 1000℃ 加熱時(shí)，常壓下 CuO 也將發(fā)生分解。 在常壓、常溫或高溫（ 1083℃ ）常壓條件下， Cu 粉和 Al 粉都可能發(fā)生氧化。因此，必須控制內(nèi)氧化的介質(zhì)。 內(nèi)氧化的 上限為 Cu2O 形成或分解的臨 第 36 頁 界氧分壓曲線 2，下限即為 Al 氧化的臨界氧分壓曲線 1。 結(jié) 論 Al2O3/Cu 復(fù)合材料，與傳統(tǒng)制備方法得到的試樣性能相似，因此為工業(yè)上的應(yīng)用提供了依據(jù)。 2. 試驗(yàn)分析獲得的 Cu/ Al2O3彌散強(qiáng)化銅，同一時(shí)間下內(nèi)氧化后的晶粒在邊界處比在內(nèi)部細(xì)小，細(xì)小彌散分布的 Al2O3 顆粒起到釘扎作用，阻礙晶粒的長(zhǎng)大。隨著內(nèi)氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，內(nèi)部由于氧原子擴(kuò)散到的時(shí)間較長(zhǎng)，形成的 Al2O3較晚，晶粒得以充分長(zhǎng)大內(nèi)部晶粒長(zhǎng)大。 3. 固溶在 Cu 基體內(nèi)部的 Al 以 Al2O3 形態(tài)從基體析出，彌散分布的納米級(jí)的 Al2O3顆粒強(qiáng)化了銅基體，導(dǎo)電 率和表面顯微硬度提高。與 Al 的固溶強(qiáng)化相比， Al2O3 粒子的彌散強(qiáng)化不僅大大提高了電導(dǎo)率，而且顯著提高了材料的硬度。 第 37 頁 總結(jié) 與展望 通過本次設(shè)計(jì)得到以下結(jié)論： ，理論計(jì)算結(jié)果與有限元的計(jì)算結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)中理論計(jì)算方法的正確性。 ANSYS 的有限元分析軟件可以精確的計(jì)算熱擠壓模具的實(shí)際應(yīng)力分布和變形的情況，比較直觀的得到計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的計(jì)算方法相比，對(duì)模具相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。 壓試驗(yàn)得到的銅合金 CuAl2O3 式樣的檢測(cè)結(jié)果 顯示，CuAl2O3復(fù)合材料 具有較好的 導(dǎo)電 性，其強(qiáng)度和表面硬度都達(dá)到大多行業(yè)所需要的程度 ， 對(duì)其 的性能和微觀特性進(jìn)行 的 分析研究， 為 模具和擠壓工藝設(shè)計(jì)提供 了 理論依據(jù) 。 ， 銅合金 CuAl2O3所檢測(cè) 到的較好結(jié)果說明其試驗(yàn)工藝合理，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較適合實(shí)際的熱擠壓工藝要求。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成了 ANSYS 的接觸分析 、熱擠壓模具 主要零件 內(nèi)筒的有限元分析 以及對(duì)彌散銅的分析，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次綜合考察， 然而在這次設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己的 很多 不足。 在這次設(shè) 計(jì)中時(shí)間時(shí)間短， 缺乏理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)， 即使在努力 學(xué)習(xí)，但 在設(shè)計(jì)中難免有考慮不周之處， 以后還需要不斷完善自己，所以學(xué)習(xí)這些很應(yīng)用廣泛的軟件等知識(shí) 將會(huì)是我今后努力和學(xué)習(xí)的方向。 第 38 頁 謝 辭 經(jīng)過了近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此我要特別感謝 趙冬梅 老師 、 張旦聞老師和蘇 凡 老師 的大力培養(yǎng)和虛心教導(dǎo)。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成了 ANSYS 的接觸分析 、熱擠壓模具 主要零件 內(nèi)筒的有限元分析 以及對(duì)彌散銅的分析，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次綜合考察，感到收獲很大，鍛煉了獨(dú)立思考的能力，通過深入研究和同學(xué)融洽配合 。 在設(shè)計(jì)過程中非常感謝老師和 同學(xué)的大力支持和熱心幫助， 同時(shí)在這次設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己的 很多 不足。 這次設(shè)計(jì)中 時(shí)間時(shí)間短， 缺乏理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)， 即使在努力 學(xué)習(xí)，但 在設(shè)計(jì)中難免有考慮不周之處， 還需要不斷完善自己 。最后，我再一次對(duì) 各位 老師的大力支持和幫助表示感謝 ！ 學(xué)生： 郭 平 2020年 05 月 28 日 第 39 頁 附錄 ： 程序 1： /BATCH /COM,ANSYS RELEASE /input,menust,tmp,39。39。,,,,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,,0 /PREP7 BLC4,0,0,1,1 !* ET,1,SHELL63 !* R,1, , , , , , RMORE, , , , RMORE RMORE, , !* !* MPTEMP,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1, MPDATA,PRXY,1, FLST,5,4,4,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,4 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y !* LESIZE,_Y1, , ,20, , , , ,1 !* MSHAPE,0,2D MSHKEY,0 !* CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,39。AREA39。 CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,4 !* /GO DL,P51X, ,ALL, FLST,2,1,4,ORDE,1 FITEM,2,2 /GO !* SFL,P51X,PRES,500, FINISH /SOL /STATUS,SOLU SOLVE FINISH /POST1 !* /VSCALE,1,1,0 ! !* PLVECT,U, , , ,VECT, ELEM,ON,0 /SHOW,WIN32C SET,FIRST /PLOPTS,INFO,3 /CONTOUR,ALL,18 /PNUM,MAT,1 /NUMBER,1 /REPLOT,RESIZE PLNSOL,S,X ! /UIS,ABORT,1 /SHOW,WIN32 /REPLOT,RESIZE SAVE 程序 2 /BATCH /COM,ANSYSRELEASE 05/19/2020 /input,menust,tmp,39。39。,,,,1 /GRA,POWER /GST,ON /PLO,INFO,3 /GRO,CURL,ON /CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,,0 /prep7 et, 1,solid 92 mptemp,, mptemp,1,0 mpdata,ex,1,200e3 mpdata,prxy,1, ! cy14,100,0,130,360,120 n,1,0,0,0 第 40 頁 n,2,0,0,12 n,3,0,13,0 n,4,0,13,12 esize,20,0 mshape,1,3d vmesh,all csys,1 asel,s,loc,x,130 da,all,ux da,all,uy allsel,all asel