AZ31鎂合金板材溫熱變形行為的數(shù)值分析與試驗研究.pdf

1、鎂合金具有質(zhì)輕、比強度、比剛度高以及良好的散熱性和減振性等特點,在汽車、航空航天以及3C行業(yè)具有廣闊的應用前景。但由于鎂合金的密排六方晶體(HCP)結構,決定其在室溫下塑性很不理想,而在溫熱狀態(tài)下具有良好塑性變形能力。鎂合金在溫熱變形過程中會發(fā)生晶界滑移及動態(tài)再結晶,能細化晶粒、增強組織均勻性,有效地改善了合金的微觀組織,提高材料的力學性能。因此如何控制熱變形條件,使微觀組織演化向著所希望的方向發(fā)展就具有重要的理論和實際意義。
　

2、　 對鎂合金合金變形過程中晶界滑移及動態(tài)再結晶的研究手段主要有理論研究和試驗研究兩種。由于試驗條件與研究手段的限制,要對合金變形過程直接進行動態(tài)觀察相當困難,不能揭示熱塑性成形過程復雜的微觀物理現(xiàn)象。因此本文在分析變形條件與動態(tài)再結晶相互關系的基礎上,建立考慮動態(tài)再結晶影響的宏細觀本構模型。通過實驗與模擬技術相結合的方法,研究變形條件對晶界效應及動態(tài)再結晶演化的定量影響規(guī)律。模擬鎂合金板材成形過程中微觀組織演化趨勢,獲得成形過程中各物

3、理場的分布規(guī)律,進而預測鎂合金板材的成形性能,為成形工藝的優(yōu)化提供了依據(jù)。為此,本文著重進行了以下幾個方面的研究:
　　 首先采用等溫拉伸試驗和金相觀察方法,研究了AZ31鎂合金在溫熱條件下的動態(tài)再結晶行為。研究變形條件對組織演變以及動態(tài)再結晶體積分數(shù)的影響。該項研究為后續(xù)本構方程以及動態(tài)再結晶組織演化數(shù)值模擬提供了研究基礎。
　　 在分析變形條件對流變應力影響的基礎上,分析應力指數(shù)、變形激活能、峰值應變、硬化率曲線、臨

4、界應變以及變形條件對動態(tài)再結晶體積分數(shù)的影響,并建立考慮動態(tài)再結晶影響的宏細觀本構模型。該本構模型可以描述鎂合金動態(tài)再結晶對宏觀力學特性的影響規(guī)律,為鎂合金板材成形提供理論依據(jù),發(fā)展了薄板溫熱成形理論。
　　 利用熱粘塑性本構模型,對AZ31鎂合金薄板在不同溫度下的單向拉伸進行了有限元數(shù)值仿真。采用代表性體積元的方法建立起考慮晶界影響的有限元模型,研究AZ31鎂合金薄板晶界效應與溫熱變形條件變化的關系。該研究明確了變形條件對晶界

5、演化的影響,得到變形過程中晶粒的應力應變分布,這為研究動態(tài)再結晶過程中由位錯密度增加引起的再結晶形核分布提供了依據(jù)。
　　 將元胞自動機方法與再結晶理論相結合,建立鎂合金動態(tài)再結晶組織演化模型。并通過數(shù)值模擬的方法研究了變形條件對鎂合金熱拉伸過程中動態(tài)再結晶動力學的影響。研究結果表明計算所得的AZ31鎂合金熱拉伸過程的應力應變曲線、組織轉變及拉伸終了組織中晶粒尺寸分布等與實驗結果一致。AZ31鎂合金在熱拉伸過程中發(fā)生了明顯的動態(tài)

6、再結晶,先形核長大的再結晶晶粒其晶界在變形條件滿足時則成為再次再結晶的形核位置,使晶粒尺寸更加細化和均勻化。動態(tài)再結晶動力學分析結果表明,與典型再結晶動力學曲線相比,溫度低、應變速率大時AZ31鎂合金薄板熱拉伸過程未發(fā)生完全再結晶,再結晶動力學曲線呈不完全“S”形。
　　 最后基于上述研究基礎,將基于元胞自動機方法得到的材料本構模型引入沖壓成形數(shù)值仿真中,研究結果表明鎂合金溫熱變形條件下,應力和應變呈均勻分布,晶粒尺寸在凹模圓角