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AZ31镁合金板材轧制过程的有限元模拟与工艺研究

作　者: 颜亮
导　师: 张福全；陈超
学　校: 湖南大学
专　业: 材料工程
关键词: AZ31镁合金有限元模拟温度场应力场应变场显微组织
分类号: TG339
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自二十世纪九十年代初以来,日益紧迫的能源和环保问题极大地刺激了镁合金的发展,全球范围内对镁合金的需求呈现强劲、持续的增长趋势,对镁的研究重点正逐渐转向变形镁合金。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能而展现出广阔的应用前景,高性能、低成本变形镁合金板材的研制已经成为镁合金研究领域的焦点。但由于受自身晶体结构的限制,镁合金板材的轧制成形较困难。本论文采用有限元模拟与试验研究相结合的方法,并通过金相显微组织观察、断口扫描分析和室温拉伸试验等手段,较系统地研究了AZ31镁合金板材的轧制变形规律,分析了轧制过程中板材内的温度场、等效应力场和等效应变场,研究了轧制温度和道次变形量对板材组织性能的影响,优化了AZ31镁合金板材轧制工艺。论文研究结果表明：AZ31镁合金在轧制时存在明显的温度效应,并且随着轧制温度的降低和道次变形量的增大温度效应加剧；沿板厚方向,中心层的温度最高而表层温度最低；随着道次变形量的增大,板料各层之间的温度差异也随之增加。等效应力随道次变形量的增大呈现出先增后减的复杂规律；随着轧制温度的升高,等效应力显著降低；在整个轧制温度和道次变形量范围内,沿板料厚度方向的等效应力分布都较为均匀。在模拟温度范围内,轧制温度对等效应变的影响不大；当板料初始厚度为3～10mm时,在20%～60%的范围内增大道次变形量,不仅能获得大的等效应变,而且板料内的等效应变分布非常均匀。在250-400℃的轧制温度范围内,极限变形量随轧制温度的升高而增大；当轧制温度为250℃、300℃、350℃和400℃时,极限变形量分别为24.5%、32.3%、67.8%和70%以上。增大道次变形量能促进板材的晶粒细化,但道次变形量达到50%以后,细晶粒呈带状分布而使组织不均匀性明显提高；在350℃下以40%的道次变形量轧制变形时,板材具有细小均匀的晶粒组织。AZ31镁合金板材的优化轧制工艺为：轧制温度350℃,道次变形量40%；采用优化工艺制备的AZ31镁合金板材具有较好的室温综合力学性能,沿RD和TD方向的屈服强度分别为220MPa和231MPa,抗拉强度分别为297MPa和308MPa,室温延伸率则分别达到了17.8%和16.%。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-24
  1.1 引言  10-11
  1.2 变形镁合金概况  11-16
    1.2.1 变形镁合金的分类与牌号  11-12
    1.2.2 变形镁合金的性质与应用  12
    1.2.3 镁合金塑性加工技术  12-16
  1.3 镁合金轧制成形技术  16-20
    1.3.1 镁合金轧制成形理论  16-17
    1.3.2 镁合金轧制成形工艺  17-19
    1.3.3 镁合金轧制成形研究现状  19-20
  1.4 金属塑性成形中的有限元技术  20-22
    1.4.1 数值模拟与有限元技术  20-21
    1.4.2 DEFORM概述  21-22
    1.4.3 DEFORM在金属塑性成形中的应用  22
  1.5 研究意义与主要研究内容  22-24
    1.5.1 研究意义  22-23
    1.5.2 主要研究内容  23-24
第2章试验过程  24-27
  2.1 试验材料  24
  2.2 样品制备  24-25
    2.2.1 合金熔炼与铸造  24
    2.2.2 挤压  24
    2.2.3 轧制  24-25
  2.3 有限元模拟  25
  2.4 组织性能检测与分析  25-27
    2.4.1 金相组织观察  25
    2.4.2 力学性能测试  25-27
第3章 AZ31镁合金轧制过程有限元模拟研究  27-50
  3.1 引言  27
  3.2 模拟环境和条件  27-30
    3.2.1 几何模型的建立与网格划分  27-28
    3.2.2 边界条件及参数设置  28-29
    3.2.3 流变应力模型的选取  29-30
  3.3 模拟结果与分析  30-48
    3.3.1 温度场分析  30-37
    3.3.2 等效应力场分析  37-43
    3.3.3 等效应变场分析  43-48
  3.4 本章小结  48-50
第4章 AZ31镁合金板材轧制工艺研究  50-58
  4.1 引言  50
  4.2 实验结果与讨论  50-55
    4.2.1 极限变形量  50-51
    4.2.2 显微组织  51-54
    4.2.3 分析与讨论  54-55
  4.3 轧制工艺优化  55-56
  4.4 本章小结  56-58
结论  58-59
参考文献  59-63
致谢  63

AZ31镁合金板材轧制过程的有限元模拟与工艺研究

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