法向壓力加載方式對(duì)板材塑性變形行為的影響研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，提高輕合金板材成形性能研究成為板料成形技術(shù)的前沿問(wèn)題之一。板材的成形性能與成形過(guò)程的應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，通過(guò)向板材施加法向壓力，可以削弱板材微觀結(jié)構(gòu)受拉狀態(tài)，抑制材料內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，是提高板材塑性的一種有效方法。半固態(tài)的粘性介質(zhì)具有易于密封、可完全包絡(luò)變形板材表面的特點(diǎn)，產(chǎn)生作用于整個(gè)變形區(qū)域的高壓，可以充分發(fā)揮法向壓力對(duì)板材成形性的提高作用，從而達(dá)到提高板材成形性的目的。本文提出板材粘性介質(zhì)雙向壓力脹形方法，針對(duì)板

2、材粘性介質(zhì)雙向壓力脹形中的關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展深入系統(tǒng)的研究，為板材雙向壓力成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　首先，基于應(yīng)力成形極限準(zhǔn)則給出的考慮法向應(yīng)力影響的板材應(yīng)變成形極限預(yù)測(cè)模型——成形極限提高因子，針對(duì)制約法向應(yīng)力提高板材成形性的幾種因素，通過(guò)對(duì)板材雙向壓力脹形過(guò)程進(jìn)行解析分析，建立理想法向壓力加載曲線。結(jié)果表明，所需法向壓力加載曲線與材料真實(shí)應(yīng)力－應(yīng)變曲線密切相關(guān)，據(jù)此提出可調(diào)壓力的法向壓力加載試驗(yàn)方法——覆層板粘性介質(zhì)壓力脹

3、形和板材雙側(cè)加載粘性介質(zhì)壓力脹形。
　　其次，在理論分析基礎(chǔ)上選擇Al1060作為目標(biāo)板材，1Cr18Ni9Ti作為覆板材料進(jìn)行了包括無(wú)覆板鋁板、有覆板（板間有潤(rùn)滑）和有覆板（板間無(wú)潤(rùn)滑）鋁板的三組粘性介質(zhì)壓力脹形試驗(yàn)。然后根據(jù)覆層板粘性介質(zhì)壓力脹形試驗(yàn)確定法向壓力加載范圍，以Al1060作為目標(biāo)板材進(jìn)行了不同背壓大小的雙側(cè)加載粘性介質(zhì)壓力脹形試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)研究分析比較了不同法向壓力加載條件和界面摩擦條件對(duì)板材極限脹形高度、幾

4、何形狀和應(yīng)變分布的影響。
　　隨后，對(duì)板材雙向壓力脹形過(guò)程進(jìn)行有限元分析，研究法向壓力加載方式對(duì)板材變形行為的影響。對(duì)于施加覆板的粘性介質(zhì)壓力脹形，通過(guò)改變覆板材料的強(qiáng)度系數(shù) K值和硬化指數(shù)n值改變覆板提供的法向壓力大小和分布特征，分析法向壓力大小與分布對(duì)板材變形行為的影響規(guī)律；通過(guò)改變層疊板材之間界面摩擦系數(shù)分析法向壓力接觸條件對(duì)板材變形行為的影響。對(duì)于板材雙向加載粘性介質(zhì)壓力脹形過(guò)程，分析了背壓大小、加載速度、粘性介質(zhì)切向粘附

5、力和粘性介質(zhì)性能對(duì)板材變形行為的影響，著重分析了粘性介質(zhì)向板材提供壓力場(chǎng)不均勻分布的原因及其影響因素。
　　為揭示法向應(yīng)力提高板材塑性的原因，用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)無(wú)覆板和有覆板鋁板脹形件斷口形貌進(jìn)行觀察，用光學(xué)金相顯微鏡和透射電鏡對(duì)材料的微觀組織、位錯(cuò)組態(tài)和亞晶進(jìn)行了對(duì)比分析，然后還利用粘性介質(zhì)壓力脹形試驗(yàn)對(duì)有覆板脹形件的力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)測(cè)。研究結(jié)果表明，法向應(yīng)力通過(guò)抑制空洞沿板材壁厚方向的擴(kuò)展和連接，大幅度提高板材極限塑性

6、變形能力，有覆板鋁板脹形件變形到一定程度后通過(guò)發(fā)生回復(fù)釋放變性能，減小晶界及晶胞內(nèi)部的位錯(cuò)密度，使微裂紋難以在晶界處形成，改善了變形微觀組織，削弱了力學(xué)性能的各向異性。最后，利用現(xiàn)有細(xì)觀力學(xué)模型計(jì)算了脹形試件斷裂位置空穴尺寸和空穴體積百分比的變化規(guī)律，并通過(guò)與SEM觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比對(duì)三維應(yīng)力條件下空穴擴(kuò)張模型提出了改進(jìn)要求。對(duì)Al10060不同韌性斷裂模式所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力三軸度區(qū)域進(jìn)行劃分。利用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法在εσσf()m空間