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AZ80合金热塑性成形微观组织演化及仿真研究

作　者: 赵婉伊
导　师: 周杰
学　校: 重庆大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 镁合金热压缩本构模型动态再结晶有限元模拟
分类号: TG146.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 202次
引　用: 2次
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内容摘要

镁及其合金作为最轻的金属结构材料之一,具有各种良好的物理性能和机械性能,被誉为“21世纪绿色工程金属”。如今,镁及其合金被广泛的应用于各个领域,如航空航天、汽车、机械工程、电子等。但是由于其特殊的原子排布结构,使其在室温下成形非常困难,所以研究镁合金的高温成形性能的意义非常重大。本文主要研究变形镁合金AZ80的热塑性成形及其有限元模拟仿真。首先采用热物理模拟机对AZ80镁合金进行压缩实验,分别得到温度为250℃、300℃、350℃、400℃,应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1时的真实应力-应变曲线。通过分析曲线得到:流动应力随着应变的增加而迅速上升,达到峰值后逐渐下降,最后趋于稳定;当应变速率一定时,峰值应力随温度的升高而下降,而当温度一定时,峰值应力则随应变速率的增大而上升。对AZ80镁合金的本构模型进行优化整理。首先是运用Fields-Backofen模型进行计算,发现计算后绘制的曲线同实验曲线相比,在达到峰值之前较为吻合,而峰值以后差别很大。于是对Fields-Backofen模型的本构方程进行优化,提出了基于该模型的加入软化因子的新本构模型。结果表明,优化后的曲线与实验值吻合较好,说明优化的模型能较为真实的反映实际情况。通过对压缩后的AZ80镁合金的微观组织进行观察,发现当应变速率一定时,温度升高,越容易发生动态再结晶,微观组织也越细小均匀;当温度一定时,随着应变速率的降低材料越容易发生动态再结晶。本文根据金相采集到的图片,建立了AZ80镁合金动态再结晶的临界方程、动态再结晶晶粒尺寸模型、动态再结晶体积百分数模型等。将建立的各种晶粒模型加载到有限元模拟软件Deform-3D中对热压缩实验进行模拟,发现实验值和模拟值的峰值应力之间的误差约在0.5%～21.5%之间,应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1时模拟位移-载荷曲线与实验曲线基本吻合,10s-1时也发生断裂。微观晶粒的平均尺寸的误差值最大的达到23.56%,最小为1.97%。最后研究了AZ80镁合金轮毂的成形工艺,同时结合对微观组织分析,得出轮毂的成形最佳工艺:温度为360℃,速率为0.1mm/sec。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 镁及其合金的特性及应用  8-11
    1.1.1 镁及其合金的特性  8-9
    1.1.2 镁及其合金的应用  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 国外镁金属研究现状  11-12
    1.2.2 我国镁金属发展现状  12-13
  1.3 镁及其合金的塑性加工技术  13-14
  1.4 本文研究目的和研究内容  14-16
    1.4.1 本文研究目的  14-15
    1.4.2 本文研究的主要内容  15-16
2 实验与研究方法  16-21
  2.1 实验材料  16
  2.2 研究内容与结果  16-20
    2.2.1 热模拟压缩实验  16-17
    2.2.2 热模拟压缩实验数据的采集  17-18
    2.2.3 AZ80 镁合金金相实验  18-19
    2.2.4 金相实验观测结果  19-20
  2.3 本章小结  20-21
3 AZ80 镁合本构方程的建立及优化  21-32
  3.1 AZ80 镁合金唯象本构关系  21-25
    3.1.1 唯象模型引用  21-22
    3.1.2 Fields-Backofen 本构模型系数求解  22-24
    3.1.3 本构模型的验证  24-25
  3.2 AZ80 镁合金本构方程优化  25-30
    3.2.1 基于Fields-Backofen 本构模型优化方案一(n、m 为定值)  25-26
    3.2.2 基于Fields-Backofen 本构模型优化方案二（n、m 为变量）  26-30
  3.3 几种本构关系对比  30-31
  3.4 本章小结  31-32
4 AZ80 镁合金动态再结晶模型的建立  32-41
  4.1 临界应变方程的建立  33-34
  4.2 动态再结晶晶粒尺寸与结晶百分数方程的建立  34-37
    4.2.1 动态再结晶晶粒尺寸计算  34-36
    4.2.2 结晶百分数模型计算  36-37
    4.2.3 动态再结晶体积分数为50%时的应变模型计算  37
  4.3 微观组织对比分析  37-40
  4.4 本章小结  40-41
5 AZ80 镁合金微观组织及锻件有限元模拟  41-52
  5.1 刚粘塑性有限元基本理论  41-43
    5.1.1 塑性力学的基本方程  41-42
    5.1.2 刚粘塑性材料本构关系  42-43
    5.1.3 刚粘塑性有限元变分原理  43
  5.2 AZ80 镁合金热压缩有限元模拟分析  43-47
    5.2.1 模拟参数的设置  44
    5.2.2 模拟结果分析  44-47
  5.3 AZ80 镁合金轮毂有限元模拟分析  47-51
    5.3.1 模拟方案及基本参数设置  47
    5.3.2 轮毂反挤压预成形过程模拟分析  47-50
    5.3.3 轮毂微观组织分析  50-51
  5.4 小结  51-52
6 结论与展望  52-54
  6.1 结论  52-53
  6.2 展望  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录  58-59
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  58
  B. 作者在攻读学位期间编写的MATLAB 程序  58-59

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