AZ31镁合金塑性变形行为的模拟与参数分析

发布时间：2017-09-16 05:17

  本文关键词：AZ31镁合金塑性变形行为的模拟与参数分析

  更多相关文章： VPSC模型 EBSD 塑性变形 镁合金 退孪生

【摘要】：镁合金的密度较小,在地球储量很大,所以镁合金是迄今为止最有前景的工程材料。但是,镁合金在室温下的塑性变形能力较低,这是由于镁合金的晶体结构是密排六方结构,在室温下镁合金能够启动的滑移系十分有限。为了提高镁合金的塑形有不少学者对镁合金进行了研究。本文目的在于结合实验数据和VPSC模型对镁合金的塑性变形行为进行模拟分析。本文研究了AZ31轧制板材在沿不同方向压缩和拉伸时候所表现的机械性能和微观组织变化,以及通过不同的变形方式获得不同的变形机制,再分析不同的参数对于塑性变形的影响。实验沿试样不同方向压缩不同的应变量:沿ND方向压缩,沿TD方向压缩和以及沿与RD和ND方向成45度角压缩和沿RD拉伸。再通过金相显微镜(OM),X射线衍射仪,电子背散射衍射仪(EBSD)以及VPSC模型分析数据。研究表明:(1){10-12}拉伸孪晶出现在塑形变形的开始阶段,这类孪晶消耗母体晶粒并且改变母体晶粒的取向。(2)当应变量为0.05-0.06的时候,{10-11}压缩孪晶开始成为塑性变形的变形机制。随着塑性变形量的增加,{10-11}压缩孪晶的体积分数也增加直至断裂。(3)在压缩过程中,当总应变大于0.15时,压缩孪晶成为变形过程中的一种重要变形机制。尽管在{10-11}压缩孪晶会产生应力集中。但在断裂之前,压缩孪晶会协调所产生的塑性变形。(4)在大塑性变形过程中,利用VPSC模型能够准确模拟出流变应力、孪晶相对运动、孪晶体积分数以及宏观的织构演化。(5)在模拟过程中,孪晶不会产生额外的硬化效果,滑移所产生的硬化效果不需要通过提高孪晶的潜在硬化参数获得。在其他论文中,滑移需要从拉伸孪晶中获得更高的硬化参数来调整应力应变曲线。(6)当应变较高时,虽然在沿ND和TD方向压缩所产生的压缩孪晶的体积分数很接近,但是在沿ND方向压缩时的流变应力(通过实验和模拟所获得)曲线比沿TD方向压缩所得到的流变应力曲线更低。同时,实验还通过不同的变形途径:沿ND方向压缩(TTC)、面内压缩(IPC)、沿与RD和ND方向成45度角压缩和沿RD拉伸。分析不同的材料参数对于模拟镁合金塑性变形的影响。分析表明:(1)为了得到精确的应力门槛值τs需要结合至少四个变形途径,每个变形途径包含着一个变形机制。实验必须包含拉伸和压缩实验。(2)模拟所得到的流变应力主要取决于所激发的机制中最高应力门槛值τs;然而随着基面滑移系的应力门槛值发生变化,也会使得流变应力的值发生小的波动。(3)在拉伸的实验中,应变的非对称性(r值)比在压缩试验中更依赖于参数。所以,在拉伸实验对于r值的测量可以用来获得相关的应力值。(4)模拟得到的{10-12}孪晶体积分数更多取决于模型与织构而不是参数值的设定(至少镁合金的临界剪切应力)。(5)把滑移系的潜在硬化模拟设置为1(hss’=1)很难模拟得到流变应力,但是{10-12}产生了额外的硬化效果hst1。(6)预压量为3%的试样经过拉伸量为1%,2%,2.5%的变形后,沿RD方向的织构强度逐渐减小,沿TD方向的织构强度增加,说明在拉伸过程中伴随退孪生行为可能发生了位错滑移从而引起晶粒转动。
【关键词】：VPSC模型 EBSD 塑性变形 镁合金 退孪生
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 引言9-27
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 镁及镁合金的物理性质及机械性能10-11
• 1.3 镁合金塑性变形机理11-17
• 1.3.1 镁合金的滑移11-14
• 1.3.2 镁合金的孪生14-15
• 1.3.3 镁合金中的二次孪晶15
• 1.3.4 镁合金再结晶机制15-17
• 1.4 晶体的塑性模拟17-23
• 1.4.1 晶体塑性模拟的研究现状17-19
• 1.4.2 VPSC介绍19-23
• 1.5 影响镁合金塑性变形的因素23-24
• 1.6 论文各部分主要内容24-27
• 2 实验材料和试验方法27-37
• 2.1 实验材料27
• 2.2 实验方法27-28
• 2.2.1 拉伸实验27-28
• 2.2.2 压缩实验28
• 2.2.3 热处理工艺28
• 2.3 材料微观组织表征28-30
• 2.3.1 金相观察29
• 2.3.2 XRD织构测试29-30
• 2.4 电子背散射衍射(EBSD)技术30-31
• 2.4.1 EBSD基本工作原理30-31
• 2.4.2 EBSD样品的制备过程31
• 2.5 实验数据处理31-32
• 2.6 晶体动力学32-37
• 2.6.1 VOCE硬化34-35
• 2.6.2 PTR孪晶模型35-37
• 3 AZ31镁合金的机械行为模拟37-49
• 3.1 实验材料及准备37-38
• 3.2 压缩和拉伸实验及结果38-42
• 3.3 模拟部分42-47
• 3.4 本章小结47-49
• 4 材料参数对于模拟镁合金塑性变形的影响49-61
• 4.1 实验材料及准备49-50
• 4.2 VPSC模拟部分50-51
• 4.3 VPSC模拟结果51-61
• 4.3.1 关于镁合金塑性变形为的模拟51-54
• 4.3.2 临界剪切应力对于流变应力的影响54-55
• 4.3.3 临界剪切应力对于塑性各向异性的影响。55-56
• 4.3.4 孪晶体积分数56-57
• 4.3.5 孪生诱发硬化57-58
• 4.3.6 平面拉伸实验的使用58
• 4.3.7 本章小结58-61
• 5 关于AZ31镁合金退孪生的研究61-71
• 5.1 试样原始织构以及实验方法61-62
• 5.2 不同预压量下AZ31镁合金的试样的织构及取向差分析62-66
• 5.3 变形态AZ31镁合金经过不同程度的拉伸后的试样的织构演化66-69
• 5.4 本章小结69-71
• 6 结论71-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-79
• 附录79-83
• A. 程序介绍79-83
• B.作者攻读硕士学位期间发表的论文目录83

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本文编号：861095