AZ31镁合金板料温热变形行为及机理研究

发布时间：2017-05-09 07:14

  本文关键词：AZ31镁合金板料温热变形行为及机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为新型轻质金属结构材料,镁合金具有比刚度、比强度高,阻尼减震性强,电磁屏蔽效果好及易于回收等优点,被广泛应用于汽车、航空航天、3C产品中。由于镁的密排六方结构特性,室温条件下滑移系少塑性差,镁合金的成形和应用受到很大的限制。但镁合金资源丰富且具备巨大的应用潜力,因而近年来一直是国内外材料界研究的热点,其变形机理和成形工艺的研究不断有所突破。镁合金板料温热成形性能方面的研究还有待于完善,特别是温热条件下镁合金板料流变力学行为和成形性能预测的研究还不成熟。目前用于描述镁合金流变力学行为的材料模型大多较为简单,且忽略温度和应变速率的耦合影响,而其参数识别常依靠直接法获得。关于镁合金成形极限图(Forming Limit Diagrams, FLDs)的研究,大多通过实验获得,不但费时费力、对设备和人的操作能力有很高的要求,而且实验结果难以直接用于应用研究。而结合有限元数值模拟进行FLD的研究具有很大的应用前景。该方法可以充分考虑加载路径、本构方程等因素的影响,但目前基于预测模型获得FLDs的研究较少。在镁合金温热成形工艺方面,因其室温塑性差,镁合金一般选择在高温和低应变速率条件下成形,因此也限制了镁合金的应用推广。研究发现只要工艺参数合适,镁合金在高应变速率下同样具有良好的成形性能,但其成形工艺和塑性成形机理还不完善。最新研究表明,在脉冲电流的辅助下,室温下镁合金也表现出良好的成形性能,但镁合金电塑性成形工艺参数影响及其电塑性成形机理研究较少。本文以AZ31镁合金板料为研究对象,对其温热变形行为和电塑性成形机理进行了系统研究。论文主要完成的内容和所得的结论如下：(1)基于不同温度、应变速率下的AZ31镁合金板料单向拉伸实验,利用参数优化分析法获得了不同类型本构方程的方程参数,其中包括指数型(Ludwick方程)、饱和型(Voce方程)和混合型(H-V方程)三个本构方程,构建了耦合温度和应变速度影响的描述AZ31镁合金流变力学行为的材料本构方程。通过对比预测结果和实验数据,发现在不同应变速率下三个本构方程均能合理地描述镁合金的流变力学行为。(2)基于有限元M-K成形极限预测模型和实验数据,利用逆向识别方法获得了有限元M-K模型的初始缺陷值f0。通过编写的Uhard材料子程序将前述构建的材料流动方程导入有限元M-K模型,获得了AZ31镁合金板料的成形极限图。通过与实验值对比,研究了相关参数对有限元M-K模型预测AZ31镁合金板料成形极限结果的影响。研究结果表明,初始缺陷值f0对M-K模型成形极限预测至关重要。由于不同的硬化发展趋势,各个本构方程在M-K模型中预测成形极限作用不同。合理的选择本构方程及其参数、正确定义初始缺陷值f0是有限元M-K模型获得准确预测结果的必要条件。(3)利用正交实验法研究了在曲柄压力机上AZ31镁合金板料筒形件拉深时温度、凸凹模圆角半径和凸凹模间隙等对拉深件成形质量的影响,用极差分析方法进行分析,确定了AZ31镁合金板料拉深成形的工艺参数,即成形温度范围240-300℃,凸模圆角半径为8mm,凸凹模间隙为1.1t(t为板料厚度),润滑剂为肥皂液。针对上述结果,选用ME20和ZE10两种镁合金板进行拉深成形,调整温度范围均能完好拉深成形。利用光学显微镜、X射线衍射和扫描电镜等设备分析了拉深件金相组织和断口形貌,研究了快速拉深成形过程中镁合金板料的塑性成形机理。结果发现,拉深变形时镁合金迅速发生动态再结晶,使得晶粒细化,基面织构强度降低,因而镁合金塑性得到提高。(4)通过AZ31镁合金板料电塑性单向拉伸实验,研究了镁合金电塑性成形效果的影响因素,确定出温度和电压是影响AZ31镁合金板料电塑性成形性能两个最主要的因素。温度和电压越高,电塑性效应越强。同时,随着温度和电压的升高,拉伸试件的极限强度不断降低,但伸长率变化不大。结合显微组织观察和断口形貌分析,研究了镁合金的电塑性成形机理。结果表明,脉冲电流促进了AZ31镁合金动态再结晶的发生,但同时能够促进第二相粒子的析出和固溶,对AZ31镁合金的性能产生不同的影响。高电压带来的高电塑性效应导致动态再结晶晶粒长大,降低了镁合金的成形性能。(5)对镁合金电塑性动态再结晶的临界条件进行研究。用单参数法确定了不同温度和不同电压影响下AZ31镁合金发生动态再结晶的临界条件,研究发现温度和电压对动态再结晶过程产生有益的影响。用金相法对单参数法确定的不同电压影响下的动态再结晶临界应力进行了验证,显微组织观察表明,在临界应力前,镁合金组织未发生明显变化,临界应力后发生了动态再结晶。金相分析结果验证了单参数法可以用来分析镁合金电塑性动态再结晶临界条件。
【关键词】：镁合金板料 本构方程 成形极限图 拉深 电塑性成形
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.22
【目录】：

• 摘要11-14
• ABSTRACT14-17
• 第一章 绪论17-45
• 1.1 镁合金的塑性变形理论和动态再结晶17-22
• 1.1.1 镁合金的塑性变形理论17-20
• 1.1.2 镁合金的动态再结晶20-22
• 1.2 镁合金流变应力模型研究现状22-27
• 1.2.1 镁合金流变应力特点23
• 1.2.2 唯象本构方程模型介绍23-25
• 1.2.3 物理本构方程模型介绍25-27
• 1.3 镁合金板料成形极限研究现状27-30
• 1.3.1 成形极限图的获取方法27-29
• 1.3.2 镁合金板料成形极限图的研究29-30
• 1.4 镁合金电塑性研究现状30-33
• 1.4.1 电塑性效应的理论研究及应用30-31
• 1.4.2 镁合金电塑性成形现状31-33
• 1.5 目前研究存在的主要问题33-34
• 1.6 本文的主要研究内容34
• 参考文献34-45
• 第二章 温热成形工艺下AZ31镁合金板料成形极限预测45-70
• 2.1 镁合金板料温热单向拉伸实验研究45-48
• 2.2 耦合温度和应变速率影响的镁合金本构方程构建48-60
• 2.2.1 参数识别方法介绍48-49
• 2.2.2 修正Ludwick本构方程构建49-55
• 2.2.3 修正Voce本构方程构建55-58
• 2.2.4 修正Hollomon-Voce本构方程构建58-60
• 2.3 镁合金板料成形极限实验研究60-61
• 2.4 FE M-K模型的成形极限图预测构建61-66
• 2.4.1 M-K理论介绍61-62
• 2.4.2 M-K模型影响因素分析62-64
• 2.4.3 修正Ludwick模型FLCs预测64-65
• 2.4.4 修正Voce模型FLCs预测65-66
• 2.4.5 修正Hollomon-Voce模型FLCs预测66
• 2.5 本章小结66-67
• 参考文献67-70
• 第三章 AZ31镁合金板料温热拉深工艺及成形机理研究70-85
• 3.1 镁合金板料温热拉深成形工艺参数研究70-77
• 3.1.1 实验材料及实验装置70-71
• 3.1.2 正交实验设计71-72
• 3.1.3 工艺参数的确定及影响因素分析72-77
• 3.1.4 确定工艺参数的验证实验77
• 3.2 镁合金板料温热拉深成形机理研究77-81
• 3.2.1 显微组织分析78-79
• 3.2.2 织构分析79-80
• 3.2.3 断口形貌分析80-81
• 3.3 本章小结81-82
• 参考文献82-85
• 第四章 AZ31镁合金板料电塑性成形机理研究85-110
• 4.1 镁合金板料电塑性拉伸实验研究85-95
• 4.1.1 实验材料及实验装置85-87
• 4.1.2 镁合金板料电塑性成形效果影响因素研究87-95
• 4.2 镁合金电塑性拉伸组织特征及形成机理分析95-99
• 4.2.1 温度对显微组织的影响95-97
• 4.2.2 电压对显微组织的影响97-99
• 4.3 镁合金电塑性拉伸断口形貌分析99-106
• 4.3.1 温度对断口形貌的影响99-104
• 4.3.2 电压对断口形貌的影响104-106
• 4.4 本章小结106
• 参考文献106-110
• 第五章 AZ31镁合金电塑性动态再结晶临界条件的研究110-121
• 5.1 动态再结晶临界条件的确定方法110-111
• 5.2 温度影响的电塑性动态再结晶临界条件研究111-114
• 5.2.1 临界条件的确定111-114
• 5.2.2 稳态应变的确定114
• 5.3 电压影响的电塑性动态再结晶临界条件研究114-117
• 5.3.1 临界条件的确定115-116
• 5.3.2 稳态应变116-117
• 5.4 动态再结晶临界条件的金相法验证117-118
• 5.5 本章小结118-119
• 参考文献119-121
• 第六章 结论121-123
• 致谢123-124
• 攻读博士学位期间发表的论文124-125
• 附件125-137

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 廖慧敏;龙思远;蔡军;;应变速率对AZ91D镁合金力学行为影响[J];材料科学与工艺;2010年01期

2 阎峰云;黄旺;杨群英;程从德;;AZ91D镁合金板材电脉冲轧制工艺研究[J];锻压技术;2010年02期

3 王忠堂;张士宏;齐广霞;王芳;李艳娟;;AZ31镁合金热变形本构方程[J];中国有色金属学报;2008年11期

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1 王少楠;电脉冲对AZ31镁合金冲压性能和腐蚀性能的影响[D];清华大学;2009年

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本文编号：352065