铝/镁包套热轧复合的热模拟研究

摘要

镁合金的耐蚀性差和加工能力差已成为限制镁合金应用的关键问题，铝镁包套复合结构作为一种新型复合材料，不仅可以提高镁合金的耐蚀性，又可改善镁合金的加工成型性能，在化工、汽车等工业领域具有较大应用前景。已有研究表明，包套复合材料的热轧复合过程除受工艺参数影响外，还受包套尺寸影响，但由于铝合金和镁合金二种材料性质存在较大差异，包套尺寸不仅会影响铝镁包套复合材料的力学性能，也会影响套内镁合金的应力状态和组织演变。本文通过对AA5052/AZ31铝镁包套复合体在不同变形温度和不同应变速率下的压缩热模拟实验，研究了不同包套尺寸对铝镁包套复合体热模拟力学行为和组织变化规律的影响。
　　研究发现：随着应变速率的增大，AA5052/AZ31铝镁包套复合体峰值流变应力和达到峰值流变应力的峰值应变均增加；随着变形温度的增加，峰值流变应力和达到峰值流变应力的峰值应变均减小；随着 AA5052合金包套厚度的减小，峰值应力逐渐降低，而峰值应变逐渐增大；当 AA5052合金包套厚度较小时，流变应力曲线会出现应力过冲现象，应力过冲峰值随着包套厚度的增加逐渐减小。同时，利用应力复合定律，拟合出套内AZ31镁合金芯体的力学行为，在此基础上，利用Johnson-Cook经验模型，建立了套内AZ31镁合金芯体在不同AA5052合金包套厚度约束状态下的本构关系方程，结果发现：随着 AA5052合金包套厚度的减小，AZ31镁合金芯体的应变速率敏感系数C和变形温度敏感系数m均逐渐减小。
　　利用光学金相显微镜（OM）对热压缩后的套内AZ31镁合金芯体纵剖面不同变形区域的微观形貌进行了观察和分析，结果表明：AZ31镁合金芯体试样中心位置呈现极细的等轴晶形貌，压缩试样端面附近呈现较为粗大的晶粒状态，铝镁复合界面处组织流动较大；在变形温度和包套尺寸相同时，大应变速率下的再结晶晶粒尺寸小于小应变速率下的再结晶晶粒尺寸；在变形温度和应变速率相同时，随着AA5052合金包套厚度的减小，套内AZ31镁合金晶粒动态再结晶现象更加明显，拟合出的 AZ31镁合金流变应力相应逐渐降低，而在包套厚度减小至1mm（AZ31芯体直径为Φ8mm）时，拟合出的AZ31镁合金流变应力突然升高。在包套尺寸和应变速率相同时，在较高变形温度下，晶粒动态再结晶和晶粒长大现象比较明显，动态软化作用占据主导地位，随着变形温度的降低，加工硬化作用占据主导地位，拟合出的AZ31镁合金流变应力宏观表现为随变形温度降低而升高。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 层状金属复合材料的特点、应用及研究现状

1.2 Al/Mg层状复合材料的研究现状及复合方法

1.3 Al/Mg材料包套轧制复合工艺的研究现状

1.4 热模拟技术在金属材料热变形研究中的应用

1.5 金属材料的流变应力模型

1.6 本论文的目的、意义及研究内容

2 实验材料及方法

2.1 实验材料的选用及原始试样的制备

2.2 实验设备

2.3 实验方法及实验过程

2.4 微观组织表征设备和技术

3 AA5052/AZ31铝镁包套复合体的热变形力学行为

3.1 实验结果处理

3.2 实验结果分析

3.3 本章小结

4 AZ31镁合金芯体流变应力本构方程的建立和分析

4.1 AZ31镁合金芯体本构模型的选取

4.2 AZ31镁合金芯体本构模型建立的计算过程

4.3 JC应力模型的验证

4.4 本章小结

5 AA5052/AZ31铝镁包套复合体热压缩过程中的微观组织演变

5.1 热压缩后AA5052/AZ31铝镁包套复合体复合界面宏观形貌

5.2 热压缩后AA5052/AZ31铝镁包套复合体复合界面微观组织形貌

5.3 应变速率对AZ31镁合金芯体微观组织的影响

5.4 包套尺寸对AZ31镁合金芯体微观组织的影响

5.5 变形温度对AZ31镁合金芯体微观组织的影响

5.6 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献