基于物理与数值模拟的5083铝合金高颈法兰锻造工艺研究

发布时间：2020-08-05 15:43

【摘要】：5083铝合金因其较好的力学性能、机械加工性能以及优良的耐腐蚀性能,广泛应用于管道、造船业、模具制造等行业。本文通过均匀化退火态5083铝合金的单向等温热压缩实验获得流变应力曲线,对实验所得应力应变曲线进行修正,采用二元线性回归的方法求得5083铝合金的本构方程并绘制其热加工图;利用光学显微镜、透射电镜分析了合金变形后的软化机制与微观组织演变;利用DEFORM软件模拟了5083铝合金法兰的锻造过程,并优化了锻造工艺。主要研究结果如下:(1)5083铝合金在单向等温热压缩过程中,流变应力在变形初期迅速升至峰值,随着动态回复与动态再结晶的发生,逐渐趋于稳态,具有明显的稳态流变特征和动态软化趋势。随着变形温度的升高和应变速率的降低,合金的峰值应力和峰值应变均逐渐减小。(2)采用Ebrahimi R等提出的摩擦修正公式修正应力应变曲线,摩擦力对流变应力的影响在各温度与各应变速率下均较明显,随着真应变的增大而增大;采用含有Zener-Hollomon参数的方程描述热压缩过程中变形温度和应变速率对流变应力的影响,计算得到5083铝合金的热变形激活能为164.17kJ/mol。(3)基于动态材料模型绘制热加工图,得出5083铝合金的适宜热变形工艺参数:变形温度400~500℃,应变速率0.01~0.1s~(-1)或变形温度340~450℃,应变速率0.001~0.01s~(-1)。(4)5083铝合金热压缩过程中,产生明显加工硬化现象随后软化,随着变形温度的升高与变形速率的降低,位错密度降低,出现亚晶粒并逐渐长大,主要软化机制由动态回复转变为动态再结晶。(5)基于数值模拟,得出5083高颈法兰锻造工艺参数范围:坯料温度400℃~450℃、模具温度150℃~200℃、上模速度5mm/s、模具圆角半径20mm。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG319
【图文】：

热加工图,学者,合金

图 1.2 学者 Prasad 早期对 Mg 2Zn 1Mn 合金建立的热加工图锻压有限元模拟与正交试验1 有限元模拟在成形中应用的发展自上世纪五十年代提出以来[33]，有限元法的发展与应用进展迅速。起初仅应用于求解结构等平面问题的极个别领域，有限元法应用于金属塑性究经历了约 20 年的发展。学者 Marcal 和 King 于上世纪 60 年代最先提有限元法[34]，该文献基于应力分析与均匀三角形单元格有限元法建立了弹塑性分析的二维应力系统，随后将该系统应用于一系列的弹塑性问题。随后学者 Lee 和 Kobayashi[35]结合矩阵分析法分析了刚塑性变形问题，刚塑性有限元 Largrange 算法，将其应用于圆柱体压缩变形、孔扩张等一问题中，并获得了个问题的解决方案。随后各国学者对该算法模型进行入的讨论，并在一些实际问题中取得证明，如学者 Zieniewcz[36]推导出刚元公式，并对一系列加工成型工艺进行了分析。在实际问题上取得的成

模拟流程,成形过程

基于物理与数值模拟的 5083 铝合金法兰锻造工艺优化研究RM-3D 集成了常用的材料库、成型模块、热处理模块等，其理论基础属于刚限元法。DEFORM-3D 软件具有如下特点：可建立较简单的三维数模，同时提供了多接口数模导入格式；可进行冷、温、热成形的数值模拟，满足多样化的工艺需求；强大的自动划分网格功能，用户还可以根据需求对局部生成细微网格；求解器中 REMESH 功能使得模拟过程与结果更为精确；输出方式多样化，可分析温度场、应变速率、破坏能量、流线流动规律等多种结果；提供了二次开发端口，用户依据需求对软件进行二次开发可以获得更为全面的功能。

热压缩,试样,坯料

基于物理与数值模拟的 5083 铝合金法兰锻造工艺优化研究第 2 章实验材料及研究方法验材料与热压缩试样制备究选用的实验材料为市售的铸态 5083 铝合金，经过切割处理后m×2000mm，由于所选坯料为铸态坯料，实验结果会受到金属微影响，故对坯料进行均匀化处理，均匀化温度选为 465℃，保温 [45]，再通过线切割、车床等机加工手段加工出尺寸为 Φ10mm×H样，为减小实验过程中两端模具与试样间的摩擦力影响实验结工出如图 2.1 的小槽以添加润滑剂[47]，避免发生不均匀变形导

【参考文献】