輕合金超塑性變形機理與成形工藝研究.pdf

1、上海交通大學博士學位論文輕合金超塑性變形機理與成形工藝研究姓名：羅應兵申請學位級別：博士專業(yè)：機械制造及自動化指導教師：彭穎紅韓維建20070601ABSTRACT洞形核為應變控制形核，同時受到應力狀態(tài)影響，空洞形核對于超塑性成形過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含量對形核模型參數(shù)有較大影響。提出了應力狀態(tài)相關(guān)的卒洞形核模型，引入Gurson損傷理論和有限元方法，對材料超塑成形過程中空洞的形成和演

2、化進行了模擬，計算結(jié)果和實驗測試吻合較好。論文提出并開發(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變率相關(guān)的本構(gòu)方程，對輕合金混合超塑性加工過程材料減薄、材料填充量以及起皺進行仿真，仿真結(jié)果與實驗結(jié)果具有良好的一致性。通過有限元方法對新工藝的可行性進行了評估，實現(xiàn)了典型方盒件與復雜實際產(chǎn)品中的混合超塑性成形工藝和模具的設(shè)計，比較了不同成形工藝參數(shù)下產(chǎn)品成形性能。試驗結(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)可以實現(xiàn)更加良好的厚度分布、降低成形時間并大幅降低成形件空洞程度。試驗結(jié)果同時表明，該工藝使得普通商用輕合金材料在超塑性成形的應用成為可能，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)超塑性成形過程中板材的微觀結(jié)構(gòu)演化。通過對初始板料與變形后板料(傳統(tǒng)超塑性、混合超塑性預成形、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行分析，發(fā)現(xiàn)晶粒尺寸在475oC、應變率為

4、10103Sl時，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)超塑性過程中，隨著應變率下降，晶粒發(fā)生了粗化現(xiàn)象，并隨著應變的增長而增加?；旌铣苄耘c傳統(tǒng)超塑性成形過程主要由晶界滑移與動態(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展。大角晶界由于容易造成應力集中，一旦這些應力集中若不能及時通過擴散蠕變、位錯運動等協(xié)調(diào)過程來釋放，就會成為空洞擴展的有利位置，因此可以