輕合金超塑性變形機(jī)理與成形工藝研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文輕合金超塑性變形機(jī)理與成形工藝研究姓名：羅應(yīng)兵申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：機(jī)械制造及自動(dòng)化指導(dǎo)教師：彭穎紅韓維建20070601ABSTRACT洞形核為應(yīng)變控制形核，同時(shí)受到應(yīng)力狀態(tài)影響，空洞形核對(duì)于超塑性成形過(guò)程的空洞行為有決定性的影響。材料特性，尤其是材料基體所含第二相粒子與化學(xué)含量對(duì)形核模型參數(shù)有較大影響。提出了應(yīng)力狀態(tài)相關(guān)的卒洞形核模型，引入Gurson損傷理論和有限元方法，對(duì)材料超塑成形過(guò)程中空洞的形成和演

2、化進(jìn)行了模擬，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試吻合較好。論文提出并開(kāi)發(fā)了一種傳統(tǒng)沖壓與超塑性成形相結(jié)合的混合超塑性成形技術(shù)?；陲@式有限元理論建立了應(yīng)變率相關(guān)的本構(gòu)方程，對(duì)輕合金混合超塑性加工過(guò)程材料減薄、材料填充量以及起皺進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性。通過(guò)有限元方法對(duì)新工藝的可行性進(jìn)行了評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了典型方盒件與復(fù)雜實(shí)際產(chǎn)品中的混合超塑性成形工藝和模具的設(shè)計(jì)，比較了不同成形工藝參數(shù)下產(chǎn)品成形性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)超塑性成形相比，這

3、種新的模具技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更加良好的厚度分布、降低成形時(shí)間并大幅降低成形件空洞程度。試驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明，該工藝使得普通商用輕合金材料在超塑性成形的應(yīng)用成為可能，從而大大降低超塑性成形成本。采用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)研究了較低溫情況下的混合超塑性與傳統(tǒng)超塑性成形過(guò)程中板材的微觀結(jié)構(gòu)演化。通過(guò)對(duì)初始板料與變形后板料(傳統(tǒng)超塑性、混合超塑性預(yù)成形、混合超塑性)的極向圖、晶粒結(jié)構(gòu)、晶粒取向差圖與空洞進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)晶粒尺寸在475oC、應(yīng)變率為

4、10103Sl時(shí)，原始晶粒尺寸與穩(wěn)定晶粒尺寸之間滿足Do=2Ds關(guān)系式，變形后的晶粒尺寸基本保持不變。傳統(tǒng)超塑性過(guò)程中，隨著應(yīng)變率下降，晶粒發(fā)生了粗化現(xiàn)象，并隨著應(yīng)變的增長(zhǎng)而增加?；旌铣苄耘c傳統(tǒng)超塑性成形過(guò)程主要由晶界滑移與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所控制。在所有試樣中，大角度晶界與空洞位置重合，且所有空洞均延晶界擴(kuò)展。大角晶界由于容易造成應(yīng)力集中，一旦這些應(yīng)力集中若不能及時(shí)通過(guò)擴(kuò)散蠕變、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)等協(xié)調(diào)過(guò)程來(lái)釋放，就會(huì)成為空洞擴(kuò)展的有利位置，因此可以