高强度镁合金超塑性成型及组织与性能研究

发布时间：2017-10-28 10:17

  本文关键词：高强度镁合金超塑性成型及组织与性能研究

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【摘要】：随着现代交通运输装备对节能、减排以及环保要求的日益提高,镁合金逐渐以其轻质、高强度、高阻尼、资源广泛和易回收等优势,在交通运输装备和3C等轻量化制造领域得到广泛应用,已表现出明显的“以镁代钢、以镁代铝”的趋势。当前镁合金已经成为国内外材料领域研究和开发的热点,作为镁资源大国,我们应该抓住时代战略机遇将资源优势转化为产业优势。本文以MB350和KBM10两种新设计的AZ系镁合金材料为对象,通过OM、SEM、XRD、力学性能测试等于段系统研究了其室温、高温力学性能及微观组织演变。优化材料后,对铸态KBM10镁合金进行高温压缩实验,获得压缩流变应力曲线。通过Deform-3D数值模拟锻造过程,结合现有实验条件,在压力机上完成大尺寸KBM10镁合金的多向锻造实验和过渡车钩的超塑性模锻成型实验。最后对车钩初成品进行力学性能测试。本课题获得的研究成果如下：铸态MB350镁合金α-Mg基体组织粗大,平均晶粒尺寸为350μmm,第二相分布于晶界和晶粒内。铸态MB350镁合金室温拉伸抗拉强度为165MPa,延伸率为7.5%。挤压后a-Mg晶粒显著细化,平均晶粒尺为15μm,其抗拉强度达到296MPa,延伸率达到20.1%。铸态材料的较佳热处理参数为固溶(440℃,4h),时效(170℃,28h),挤压态材料较佳参数为170℃,24h时效。MB350镁合金在温度350℃-450℃,应变速率10-4-10-2s-1范围内进行高温拉伸。结果表明,在高温拉伸条件下,合金的屈服应力和流动应力显著降低,塑性显著提高。在变形开始阶段,应力迅速上升,在达到峰值应力后开始下降,逐渐进入稳态流动,即表现出了明显的动态再结晶特征。当温度一定时,流变应力随应变速率的升高而增大；当应变速率一定时,流变应力随温度的升高而减小。结合挤压态MB350的高温拉伸数据,建立了基于双曲正弦模型的本构方程,其中应力指数n=3.286,激活能Q=238KJ/mol,经检验该本构方程的平均误差为4.86%。铸态KBM10镁合金高温压缩实验得出该材料的压缩流变曲线,材料流动应力随温度升高和应变速率的降低而降低,为正应变速率敏感材料。利用Deform-3D软件对尺寸为0305×193mm的KBM10镁合金进行三维成型数值模拟,通过四道次模拟压缩,材料形状由圆柱体变为长方体,形状及尺寸均满足车钩模锻所需。结合现有实验条件,进行了多向锻造工艺优化,得到性能优异的车钩预锻件,其抗拉强度为255MPa,屈服强度为130MPa,延伸率为6%。将热加工的安全工艺参数应用于KBM10镁合金车钩的试制,生产出镁合金过渡车钩试验件。
【关键词】：镁合金 超塑性 三维塑性成型数值模拟 本构方程
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景13
• 1.2 超塑性应用的发展概况13-15
• 1.3 超塑性的变形特点及微观机理15
• 1.3.1 分类及变形特点15
• 1.3.2 超塑性变形微观机理15
• 1.4 镁合金超塑性变形特点及研究现状15-17
• 1.4.1 镁合金超塑性变形特点16
• 1.4.2 镁合金超塑性研究现状16-17
• 1.5 镁合金多向锻造研究进展17-18
• 1.5.1 多向锻造工艺特点17-18
• 1.5.2 多向锻造的影响因素18
• 1.6 本文主要研究内容及技术路线18-20
• 1.6.1 研究内容18-19
• 1.6.2 技术路线19-20
• 第2章 实验材料与方法20-24
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验方法20-24
• 2.2.1 挤压实验20
• 2.2.2 热处理实验20-21
• 2.2.3 拉伸实验21
• 2.2.4 高温力学性能实验21-22
• 2.2.5 多向锻造实验22-23
• 2.2.6 扫描电镜形貌观察23
• 2.2.7 显微组织观察23-24
• 第3章 MB350镁合金微观组织及力学性能24-46
• 3.1 引言24
• 3.2 铸态MB350镁合金的微观组织及力学性能24-27
• 3.2.1 铸态MB350镁合金的微观组织24-25
• 3.2.2 MB350镁合金物相分析25-26
• 3.2.3 铸态MB350室温力学性能26-27
• 3.3 热处理对铸态MB350组织及性能的影响27-29
• 3.3.1 铸态MB350镁合金的固溶处理27-28
• 3.3.2 铸态MB350镁合金的时效处理28-29
• 3.3.3 铸态MB350热处理后的室温力学性能29
• 3.4 挤压态MB350的微观组织及力学性能29-31
• 3.4.1 挤压态MB350镁合金的微观组织29-30
• 3.4.2 挤压态MB350镁合金的室温力学性能30-31
• 3.5 热处理对挤压态MB350的影响31-35
• 3.5.1 热处理对挤压态MB350微观组织的影响31-34
• 3.5.2 热处理对挤压态MB350的室温力学性能的影响34-35
• 3.6 挤压态MB350的高温力学性能及组织演变35-41
• 3.6.1 挤压态MB350高温单向拉伸实验结果35-36
• 3.6.2 挤压态MB350高温拉伸应力-应变曲线分析36-39
• 3.6.3 挤压态MB350镁合金高温拉伸过程的组织演变39-41
• 3.7 挤压态MB350的高温拉伸本构关系的建立41-46
• 3.7.1 概述41
• 3.7.2 本构方程的建立41-44
• 3.7.3 误差检验44-46
• 第4章 KBM10镁合金高温压缩变形组织及性能46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 材料优化选择46-47
• 4.3 固溶处理对KBM10镁合金微观组织的影响47-48
• 4.4 高温压缩流变应力曲线48-50
• 4.5 高温压缩本构方程50-52
• 4.6 KBM10镁合金的热加工图52-53
• 4.7 高温压缩组织演变53-55
• 第5章 多向锻造模拟及锻后组织与性能研究55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 Deform-3D模拟前处理55-59
• 5.2.1 材料库的建立55-56
• 5.2.2 模型的建立56
• 5.2.3 网格划分56-57
• 5.2.4 模拟控制的设定57
• 5.2.5 接触条件的设定57-58
• 5.2.6 材料属性的设定58
• 5.2.7 检查并生成数据库58-59
• 5.3 Deform-3D模拟后处理59-60
• 5.4 多向锻造工艺优化60-62
• 5.5 镁合金过渡车钩超塑性成型及组织与力学性能研究62-65
• 结论65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张少卿;MB15镁合金的相组成及其微观形态[J];金属学报;1989年05期

2 陈拂晓,杨蕴林,上官林建,马洪涛,柏奇志;MB26镁合金的超塑性与超塑挤压研究[J];热加工工艺;2001年04期

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本文编号：1107815