鎂合金擠壓成形晶體塑性-動態(tài)再結(jié)晶集成計算模型.pdf

1、鎂合金是最輕的金屬工程結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車、電子工業(yè)界中有廣泛的應用前景。熱擠壓成形是變形鎂合金的重要加工技術，而動態(tài)再結(jié)晶是擠壓成形中的重要物理過程和變形機制。動態(tài)再結(jié)晶可以軟化材料、提高塑性，同時也會引起材料微觀組織和織構(gòu)特性的變化，進而影響擠壓零件的機械性能。將宏微觀研究方法相結(jié)合，建立熱變形與動態(tài)再結(jié)晶過程的理論計算模型，研究熱成形中的動態(tài)再結(jié)晶機制及其與變形條件、合金成分、織構(gòu)演化之間的關系，對于鎂合金變形理論與熱成形工

2、藝的發(fā)展而言具有重要意義。
　　本文以Mg-Al、Mg-Y合金為對比研究對象，采用實驗測試和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，圍繞鎂合金在擠壓過程中的微觀組織、織構(gòu)演化及其與合金成分、變形條件等因素的關系、多晶體塑性與動態(tài)再結(jié)晶耦合計算模型構(gòu)建、擠壓成形過程變形過程中織構(gòu)演化與動態(tài)再結(jié)晶模擬等方面內(nèi)容開展了較深入的研究。
　　(1)鎂合金擠壓變形微觀組織和織構(gòu)演變的實驗研究。
　　制備了Mg-1Al、Mg-1Y、Mg-4Y以及Mg

3、-6Y合金，并開展了合金的熱壓縮與圓棒擠壓實驗。采用XRD和EBSD等測試方法對Mg-Al及Mg-Y合金的微觀組織、界面取向差軸的分布、以及再結(jié)晶晶粒織構(gòu)成分進行了系統(tǒng)的分析。相同的擠壓變形條件下，Mg-Y合金的動態(tài)再結(jié)晶百分數(shù)均低于Mg-1Al合金，且動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸小于Mg-1Al合金；單壓變形中，Mg-Y合金的再結(jié)晶晶粒的取向比Mg-1Al合金更隨機；在擠壓變形中，Mg-Y合金形成不同于Mg-Al合金的再結(jié)晶織構(gòu)成分。以上結(jié)果表

4、明：稀土元素Y一方面抑制了非連續(xù)再結(jié)晶的進行，另一方面，改變了連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶的位錯重組機制，影響了再結(jié)晶晶粒的初始取向和擠壓織構(gòu)分布。
　　(2)耦合動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象學模型的多晶體塑性建模研究。
　　基于粘塑性自洽多晶體框架，建立了一種耦合再結(jié)晶現(xiàn)象學模型的擠壓成形多晶體塑性模擬方法。利用Avrami形式的再結(jié)晶動力學方程描述鎂合金再結(jié)晶體積分數(shù)增長，通過晶體塑性計算變形過程及織構(gòu)演化?；诓煌脑俳Y(jié)晶初始取向和滑移模式假設，

5、模擬了Mg-1Al、Mg-6Y合金的擠壓織構(gòu)，將織構(gòu)的計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析，初步解釋了Mg-1Al、Mg-6Y合金在熱擠壓過程中動態(tài)再結(jié)晶織構(gòu)的形成機制和影響因素。
　　(3)耦合連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶和多滑移物理模型的多晶體塑性建模研究。
　　在粘塑性自洽框架中引入了位錯密度、小角度界面分布函數(shù)、位錯胞尺寸等物理變量，實現(xiàn)了單個晶粒在變形條件下的位錯硬化和多晶體小角度界面向大角度界面轉(zhuǎn)變的連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶物理過程建模。在該

6、多晶體框架中進一步引入多滑移模型，以更合理的描述動態(tài)再結(jié)晶過程中不同滑移面位錯之間相互作用引起的界面取向差演變。該模型提高了現(xiàn)有多晶體塑性力學模型對鎂稀土合金擠壓織構(gòu)的預測能力。通過對擠壓織構(gòu)的模擬及實驗對比，揭示了稀土元素Y對鎂合金多滑移機制的影響規(guī)律：擠壓Mg-1Al合金的動態(tài)再結(jié)晶織構(gòu)是不同的柱面位錯的多滑移作用的結(jié)果，而擠壓Mg-Y合金的動態(tài)再結(jié)晶織構(gòu)是柱面位錯多滑移與基面位錯-錐面位錯多滑移的復合作