滚压成形微沟槽微观组织数值模拟分析及其实验研究

发布时间：2017-04-26 21:07

  本文关键词：滚压成形微沟槽微观组织数值模拟分析及其实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高温滚压成形微沟槽的技术结合了板材滚压成形和温加工塑性成形的优点,提高材料利用率和生产效率的同时也提高了材料的塑性成形性能,因此适用于大批量的生产板材表面的微细结构。但是利用滚压成形在板材表面加工微沟槽的塑性成形机制不同于传统的宏观塑性成形机制,材料的力学性能、成形性能以及塑性流动行为与微沟槽的晶粒尺寸、辊上微结构的几何尺寸和特征尺寸具有一定的联系。因此本文的研究重点为不同温度下滚压成形微沟槽的工艺、微观组织演变规律以及尺寸效应的影响。本文利用Deform-3D软件建立了不同温度滚压微沟槽的有限元模型,设置了不同的工艺参数和几何尺寸以及特征尺寸,包括滚压温度、滚压速率、微细结构辊上沟槽宽度、滚压深度、沟槽底圆角半径以及顶圆角半径。同时本文进行了实验研究,证明了本文得出的工艺的可行性,并通过实验结果与模拟结果的对比验证了模拟的准确性。本文的主要研究内容以及得出的结果如下:1.建立了不同温度下滚压成形板材表面微沟槽的有限元模型,改变滚压温度、微结构辊上沟槽间距、滚压深度,对比分析不同工艺参数下材料的流动情况。结果表明:温滚压成形的微沟槽有连续的金属流线分布,所以滚压成形微沟槽的综合力学性能明显优于机加工微沟槽的力学性能。滚压加工的微沟槽因为具有连续的金属流线,因此微沟槽表面的抗疲劳强度等力学性能优良。流线在微沟槽部位分布合理,在沟槽的底部和沟槽底圆角处,金属流线密度最大。金属流线越密集的部位,金属的致密度越高,金属的耐磨性越好。温度的提高有利于金属的流动,随着微结构辊上沟槽宽度的增大,金属的流动范围先增加后减小,滚压深度的增加可以加大金属的流动和变形程度。2.在滚压成形板材表面微沟槽的有限元模型的基础上,建立了微观组织演变模型。通过改变滚压温度、成形速率、辊上沟槽宽度和滚压深度,得到不同工艺条件下的轧向横截面上的平均晶粒尺寸分布云图以及选取的特定位置的晶粒形貌图,由此得出最佳的加工工艺条件,从而获得晶粒细化效果理想的工艺条件。最利于晶粒尺寸细化的滚压温度为430℃到480℃之间,成形速率在0.1mm/s到1mm/s范围内时。辊上沟槽宽度以及滚压深度对晶粒尺寸的细化作用不明显。3.通过晶粒尺寸、辊上沟槽宽度以及辊上顶圆角和底圆角的尺寸对微沟槽的成形高度和所需滚压载荷的作用规律来探讨尺寸效应的影响。微沟槽的特征高度随着晶粒尺寸的增大呈现减小的趋势。当晶粒尺寸增大时,晶界强化效果减弱,金属的屈服强度降低,在发生塑性变形时的变形抗力也降低,因此所需滚压载荷也减小。微结构辊上沟槽宽度越大,在一个沟槽间隙内,参与变形的晶界数目也越多,变形过程的流变应力也越高,因此所需滚压载荷也越高。顶圆角和底圆角对所需滚压载荷的影响相同,都是随着圆角半径的增大,所需滚压载荷呈减小的规律。4.实验所得材料流动和微观组织演化规律与模拟结果一致,证明了模拟结果的准确性。通过改变滚压深度,确定为了加工出具有最佳减阻效果的微沟槽,应控制滚压深度在35%以上。通过轧向横截面上硬度的分布情况来验证模拟得出的晶粒尺寸效应的规律是正确的。同时硬度的分布也可以证明滚压深度的改变也会引起尺寸效应。
【关键词】：高温滚压成形 微沟槽 材料流动 微观组织 尺寸效应
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 引言10-12
• 1.2 微沟槽加工技术研究现状12-13
• 1.3 微细加工尺寸效应研究现状13-14
• 1.4 塑性成形基本理论14-17
• 1.5 铝合金高温变形微观组织演化机制17-19
• 1.6 微细加工尺寸效应的机理及分类19-22
• 1.7 本课题的研究内容、意义和来源22-24
• 1.8 本章小结24-26
• 第二章 表面微沟槽滚压成形有限元模型的建立26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 表面微沟槽滚压成形工艺方案的设计26-27
• 2.3 表面微沟槽滚压成形有限元建模27-35
• 2.4 Avrami动态再结晶模型35-36
• 2.5 网格划分36-37
• 2.6 接触定义37-39
• 2.7 模拟结果39-40
• 2.8 本章小结40-42
• 第三章 微沟槽滚压成形金属流线及晶粒尺寸分析42-56
• 3.1 引言42
• 3.2 微沟槽滚压成形金属流线分析42-45
• 3.3 滚压成形工艺参数对晶粒尺寸的影响45-53
• 3.4 本章小结53-56
• 第四章 微沟槽滚压成形尺寸效应的研究56-64
• 4.1 引言56
• 4.2 晶粒尺寸效应56-58
• 4.3 几何尺寸效应58-60
• 4.4 特征尺寸效应60-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 微沟槽滚压成形实验的研究64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 实验方法和过程64-65
• 5.3 滚压深度与沟槽特征高度的关系65-66
• 5.4 晶粒变形实验分析66
• 5.5 微沟槽表面形貌的分析66-67
• 5.6 微沟槽滚压成形晶粒尺寸的实验验证67-68
• 5.7 加工硬化尺寸效应分析68-71
• 5.8 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79

【参考文献】

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1 盈亮;戴明华;胡平;闫巧云;;6061-T6铝合金高温本构模型及温成形数值模拟[J];中国有色金属学报;2015年07期

2 黄顺U，

本文编号：329228