多晶體材料塑性變形過(guò)程中織構(gòu)演變的有限元模擬.pdf

1、隨著先進(jìn)制造技術(shù)的飛速發(fā)展，在確保產(chǎn)品形狀、尺寸精度的同時(shí)，更加注重產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量。金屬塑性成形過(guò)程已不僅要滿足產(chǎn)品形狀的基本要求，更重要的是通過(guò)材料塑性變形提高產(chǎn)品的綜合機(jī)械性能。金屬材料大多是晶粒的集合體，即多晶體。經(jīng)過(guò)變形的多晶體材料中各個(gè)單晶體的取向并不是隨意分布的，它的晶粒一般有擇優(yōu)取向，即材料的織構(gòu)。材料織構(gòu)的存在使得材料的機(jī)械性能呈各向異性。在成形過(guò)程中，多晶體材料的宏觀塑性變形行為與材料的織構(gòu)是交互影響的。在金屬成形過(guò)程

2、中發(fā)生的材料織構(gòu)演變，不僅對(duì)變形過(guò)程本身產(chǎn)生作用，而且在很大程度上直接決定了產(chǎn)品的宏觀力學(xué)性能。因而，定量研究金屬成形過(guò)程中織構(gòu)的演變過(guò)程具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。對(duì)于復(fù)雜的成形過(guò)程，將有限元方法與多晶體塑性模型相結(jié)合是有效預(yù)測(cè)多晶體材料塑性變形過(guò)程中織構(gòu)演變的數(shù)值方法；它可以分析材料織構(gòu)與材料變形歷史之間的交互作用。本文采用Taylor多晶體模型作為材料的本構(gòu)模型與有限元模擬系統(tǒng)耦合；該系統(tǒng)可預(yù)測(cè)晶體為立方結(jié)構(gòu)的純金屬材料、晶體結(jié)

3、構(gòu)對(duì)稱性較低的純金屬和合金材料成形過(guò)程后的織構(gòu)及上述材料初始織構(gòu)對(duì)成形件尺寸精度的影響。為驗(yàn)證模擬系統(tǒng)預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性，本文對(duì)初始織構(gòu)為均勻分布的OFHC純銅材料在單向拉伸、單向壓縮、平面應(yīng)變條件下的壓縮及剪切過(guò)程中不同變形程度下的織構(gòu)分布和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，得出了以下結(jié)論： (1)預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，說(shuō)明預(yù)測(cè)結(jié)果可靠； (2)經(jīng)過(guò)單向壓縮和單向拉伸變形后，材料的織構(gòu)為軸對(duì)稱，其對(duì)

4、稱軸與試樣的壓縮/拉伸方向平行；拉伸變形后的織構(gòu)分布主要集中于〈111〉和〈001〉方向；而試樣單向壓縮變形后的織構(gòu)分布則集中于〈212〉、〈01817〉和〈097〉方向；由于Taylor模型要求每個(gè)晶體的變形與多晶體的宏觀變形相等，使得晶體受到過(guò)多約束，因此模擬結(jié)果獲得的{110}晶面的極圖分布在中心存在孔，而試驗(yàn)結(jié)果中沒(méi)有。 (3)OFHC純銅經(jīng)過(guò)平面應(yīng)變壓縮變形后的織構(gòu)分布與軋制織構(gòu)分布相似；不考慮軋制方向的摩擦力，軋制過(guò)

5、程可近似為平面應(yīng)變壓縮過(guò)程。 (4)試樣經(jīng)過(guò)單向剪切變形后，織構(gòu)分布為中心對(duì)稱，且在變形較大時(shí)，在織構(gòu)分布極圖中可以看到明顯的材料宏觀轉(zhuǎn)動(dòng)。 同時(shí)本文還對(duì)具有均勻織構(gòu)分布和軋制織構(gòu)分布的兩類OFHC純銅試樣的單向壓縮過(guò)程進(jìn)行了分析，比較了不同壓下量下試樣的變形構(gòu)形。具有均勻織構(gòu)的試樣在壓縮過(guò)程中構(gòu)形始終保持軸對(duì)稱；而軋制織構(gòu)的試樣在垂直壓縮軸的平面內(nèi)變形不均勻，且該不均勻量隨著壓縮量的增加而加劇。兩種試樣經(jīng)過(guò)變形形其織構(gòu)