AZ31镁合金薄壁管材挤压—剪切成形技术应用基础研究

发布时间：2020-07-21 23:23

【摘要】：传统挤压是目前最成熟的加工工艺,但是晶粒细化有限;等通道转角挤压是一种大塑性变形方法,合金在变形前须在模具内预处理,之后进行多道次挤压,从而获得超细晶;其方法不但可以细化晶粒同时弱化基面织构,但工艺复杂不能连续生产、成形尺寸有限;而热挤会形成纤维状组织和强烈的基面织构、成形不均匀,从而使得薄管的强韧性和成形精度较差。基于此可以构想将传统挤压与等径角变形挤压(Equal Channel Angular Extrusion,ECAE)综合起来。于是项目提出一种镁合金薄壁管材(Tube)的挤压(Extrusion)剪切(Shear)复合短流程成形新技术(简称TES)。本文采用试验和有限元分析对TES变形过程进行研究,重点研究TES变形过程中镁合金的微观组织和织构、力学性能的演变。同时利用上述工艺通过模具设计、挤压筒设计、挤压杆设计及挤压针设计等,加工出模具最终成功挤出镁合金薄壁管材。本论文采取Gleeble-1500D热模拟试验机对AZ31镁合金进行热压缩试验,从得到的数据中绘制AZ31镁合金流动应力-应变曲线,为DEFORM-3D有限元模拟软件提供材料支撑;通过不同挤压比16.8、9.33、6.88的等效应变模拟值与理论值进行比较,结果发现其值大小基本一致、变化趋势完全吻合,可以说明模拟的有效性;同时经过对TES挤压力、等效应力的分析及考虑到模具使用寿命,选择出了合理的内部结构(挤压比G=9.33、过渡角α=150°、过渡半径r=0.5mm),从而加工出整体模具;此外,为了便于拆卸及观察TES挤压过程中的挤压情况又加工出第二套模具即组合模具。通过分析TES挤压过程中的挤压力、等效应力、速度场、等效应变和破坏系数的变化规律,发现挤压力曲线呈现特殊的变化,出现多次挤压力平台;温度升高、速度减小、摩擦因数减小均能使挤压力减小;升高温度等效应力减小且均匀分布。金属流动速度在模具中每经过一个转角速度增加,但每道转角对前一道转角施加背压力,使金属在转角前流动速度有所降低。升高挤压温度、降低摩擦因子均使得金属的流出速度增加,而对金属流动的均匀性几乎没有影响;等效应变在每增加一段剪切有效应变增加0.5,最高可达3.37;另外,在最后两道转角处应变越来越大,变形也越来越严重、残余应力增加、破坏系数增大。通过分析普通挤压与TES挤压情况可知,经TES挤压平均晶粒尺寸明显细化,硬度值增加;同时由EBSD实验分析可知经TES挤压后产生大量的压缩孪晶{10-11}和拉伸孪晶{10-12};施密特因子明显增大,镁合金的初始织构得到改善。采用CA元胞自动机法分析组合模具TES挤压过程中晶粒演变过程,发现随着挤压-剪切的进行平均晶粒依次减小,但在调整阶段平均晶粒有所增加,原因在于摩擦作用使得温度升高晶粒长大,金相实验及硬度测试也验证这一点;当挤压温度400℃时,随着变形温度的增加原子热激活效应增强,再结晶百分数增加、晶粒尺寸分布均匀、平均晶粒尺寸增大,而硬度变化趋势与370℃时的一致,但硬度值有所降低。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

【参考文献】