ZK60镁合金板材拉深成形性能的各向异性研究

发布时间：2017-03-31 17:12

  本文关键词：ZK60镁合金板材拉深成形性能的各向异性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镁合金具有比强度高、比刚度高和易切削加工等优点,在汽车、电子、国防、航空等领域具有重要的应用价值。其中,ZK60镁合金,是典型的高强镁合金之一,但其板材轧制成形时,容易产生织构,从而引起材料的各向异性,对其力学性能和成形性能不利。基于此,本课题对ZK60镁合金各向异性对其拉深成形性能的影响进行了研究,为该合金的塑性加工工艺提供理论指导。采用电子背散射衍射(EBSD)成像技术,分析了ZK60镁合金板材原始织构类型,计算了沿不同加载方向上的Taylor因子值,探究了Taylor因子与塑性各向异性之间的关系。并通过单向拉伸实验和拉深成形实验进行了验证。结果表明,塑性应变比(r值)取决于Taylor因子值,Taylor因子值越大,r值越小。拉深成形过程中凸耳的方向取决于Taylor因子数值较小的方向。因此,Taylor模型能够成功地预测塑性各向异性及金属的成形性能。为对ZK60镁合金板材拉深成形及数值模拟提供参数,采用单向拉伸实验研究了不同变形温度、拉伸方向和应变速率下的高温变形力学行为,揭示了变形温度、拉伸方向和应变速率对流动应力的影响,探究了变形温度对应变速率敏感性和应变硬化的影响,以及应变速率对应变硬化的影响。结果表明,随变形温度的升高,板材屈服应力和峰值应力均降低,应变速率敏感性增强,塑性各向异性减弱。另外,板材的应变硬化随变形温度的升高而减弱,随着应变速率的升高而升高。采用数值模拟和实验的方法研究了zk60镁合金板材成形温度和拉深比对拉深过程中凸耳行为的影响,探究了凸耳的形成及演变规律。结果表明:拉深筒形件的平均凸耳率随着成形温度的升高而增大,这与平面各向异性系数Δr有密切关系;平均凸耳率随拉深比的增大呈先增大后减小的变化趋势;平均凸耳率与各拉深阶段有关,当拉深阶段为20%和40%时,平均凸耳率均随拉深比的增大而增大。当拉深阶段为60%和80%时,平均凸耳率随拉深比的增大呈现先增大后减小的变化趋势,且在拉深比为2.17时获得最大平均凸耳率。使用壁厚千分尺研究了zk60镁合金拉深筒形件的壁厚分布规律。探究了成形温度对拉深筒形件在凸模圆角半径区、筒壁传力区、筒壁边缘区的厚向应变分布规律,同时,揭示了不同区域在0°、45°和90°方向处的厚向应变分布规律。结果表明,拉深筒形件凸模圆角半径区45°方向的厚向应变高于0°和90°方向,与该方向取得最大的塑性应变比r值有关;筒壁传力区0°方向的厚向应变小于45°和90°方向,与在该方向取得最小的r值有关。使用显微硬度计研究了zk60镁合金拉深筒形件的强度变化规律。探究了成形温度对拉深筒形件在凸模圆角半径区、筒壁传力区、筒壁边缘区的强度变化规律,揭示了不同区域在0°、45°和90°方向处强度变化规律。结果表明,凸模圆角半径区最大维氏硬度值出现在45°方向,与该方向取得最大厚向应变有关。筒壁传力区90°方向的维氏硬度值大于0°和45°方向,与该方向取得最大厚向应变增量有关;筒壁边缘区0°和90°方向处的维氏硬度值高于45°方向,与该方向筒壁增厚严重且与凹模发生剧烈挤压摩擦有关。拉深筒形件在200℃成形后,各区域强度明显高于250℃和300℃,250℃成形后的强度最低。
【关键词】：各向异性 Taylor因子 拉深 凸耳
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG389
【目录】：

• 摘要3-6
• abstract6-13
• 第一章 绪论13-29
• 1.1 镁及其合金概述13-17
• 1.1.1 镁合金的特点13-15
• 1.1.2 镁合金的分类15
• 1.1.3 镁合金的塑性加工15-16
• 1.1.4 镁合金的应用及现状16-17
• 1.2 镁合金塑性变形机制17-20
• 1.2.1 滑移17-19
• 1.2.2 孪生19-20
• 1.2.3 动态再结晶20
• 1.3 镁合金织构和各向异性行为研究20-25
• 1.3.1 镁合金常见的晶体学织构21-23
• 1.3.2 镁合金晶体学织构形成机理23-24
• 1.3.3 镁合金各向异性研究现状24-25
• 1.4 本课题研究目的、意义和内容25-29
• 第二章 实验材料与方法29-41
• 2.1 实验材料29
• 2.2 组织性能测试方法29-30
• 2.2.1 金相显微组织分析29
• 2.2.2 电子背散射衍射分析（EBSD）29
• 2.2.3 显微硬度测试29-30
• 2.3 力学性能测试30-34
• 2.3.1 单向拉伸实验30-31
• 2.3.2 数据处理31-34
• 2.4 热拉深成形实验34-36
• 2.5 凸耳测量实验36-37
• 2.6 拉深筒形件壁厚分布测试37
• 2.7 有限元模拟模型建立与参数设置37-41
• 2.7.1 有限元模拟模型37-38
• 2.7.2 有限元模拟参数设置38-41
• 第三章 ZK60镁合金板材组织结构及各向异性行为的预测41-49
• 3.1 各向异性ZK60镁合金原始板材的组织结构41-43
• 3.1.1 原始板材金相显微组织分析41
• 3.1.2 原始板材织构分析41-43
• 3.2 ZK60镁合金板材各向异性预测与实验验证43-47
• 3.3 本章小结47-49
• 第四章 ZK60镁合金板材拉伸流变行为的各向异性49-59
• 4.1 ZK60镁合金板材室温拉伸流变规律49-51
• 4.2 ZK60镁合金板材高温拉伸流变规律51-55
• 4.2.1 塑性各向异性流变行为51-53
• 4.2.2 变形温度对流变行为的影响53-54
• 4.2.3 应变速率对流变行为的影响54-55
• 4.3 变形温度对ZK60镁合金板材应变速率敏感性的影响55-56
• 4.4 应变速率对ZK60镁合金板材应变硬化的影响56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 ZK60镁合金板材拉深成形性能的各向异性59-67
• 5.1 成形温度对拉深过程中凸耳行为的影响59-61
• 5.2 拉深比对拉深过程中凸耳行为的影响61-63
• 5.3 拉深成形中凸耳的形成与演化过程63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 ZK60镁合金板材拉深筒形件壁厚分布及强化效应的各向异性67-73
• 6.1 拉深筒形件壁厚分布的各向异性67-69
• 6.2 ZK60镁合金拉深筒形件强化效应的各向异性69-71
• 6.2.1 筒形件强化效应的各向异性69
• 6.2.2 成形温度对筒形件强化效应的影响69-71
• 6.3 本章小结71-73
• 第七章 结论73-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83

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本文编号：279889