6A02铝合金热变形行为及杯形件等温锻造数值模拟

摘要

6A02铝合金由于其良好的塑性、抗腐蚀性和高的比强度成为广泛应用的轻质航空结构材料。热压力加工是该合金塑性加工的主要方式之一，合理控制工艺条件是获得良好组织和力学性能的关键。本文针对6A02铝合金，研究了该合金在温度410℃-450℃、应变速率0.001s-1-1s-1时的高温流变行为和显微组织演化规律。对合金流变特征、显微组织转变和热加工性之间的关系进行了系统分析，对该合金在不同热加工区间的组织演变机制进行了阐述，达到工艺参数优化和显微组织预测与控制的目的。在此基础上，对6A02铝合金锻件成形过程进行了模拟，提出了合理的成形方案。
　　通过6A02铝合金的等温热压缩实验，研究了该合金的热塑性流动特点。建立了包含应变的Arrhenius本构模型和修正的Johnson-Cook模型并对两种本构关系模型的预测效果进行了评价，结果表明Arrhenius模型具有明显优势。建立了动态再结晶临界应变模型和动力学模型，并通过组织观察对动力学模型的准确性进行了验证。
　　在热压缩实验的基础上，研究了6A02铝合金热变形过程中的组织演变特点，基于DMM理论和Prasad失稳准则构建了该合金的热加工图。结果表明，动态再接晶（DRX）是该合金热变形过程中的主要软化机制，在高温或低应变速率下，DRX晶粒长大较明显。功率耗散值最大的热加工区域动态再结晶晶粒细小。但功率耗散值不是判断热加工性的唯一依据，在失稳区观察到了显微裂纹，而此区域功率耗散值也较高。450℃-470℃/0.1s-1-1s-1和430℃-450℃/0.01s-1-0.1s-1是合适的热加工区间。
　　基于以上研究，对6A02铝合金锻件的成形过程进行了模拟。通过对不同模具设计方案的对比发现闭式等温锻造最适合该锻件的成形。坯料在流动过程中等效应力较低，对模具强度和成形设备的要求不高，尺寸精度是主要的考虑因素，而在闭式模锻下坯料填充饱满，能够获得较高尺寸精度的锻件。基于动态再结晶动力学模型，锻件成形后各部位均已发生完全动态再结晶。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题背景及意义

1.3铝合金热变形行为研究

1.4 铝合金工艺参数优化研究

1.5 等温锻造成形有限元模拟

1.6 本文主要研究内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 6A02铝合金热变形行为研究

3.1 引言

3.2 真实应力-应变曲线

3.3 包含应变的Arrhenius本构模型

3.4 修正的Johnson-Cook本构模型

3.5 两种本构关系模型对比

3.6 动态再结晶行为研究

3.7 本章小结

第4章 6A02铝合金热变形工艺参数优化研究

4.1 引言

4.2 热变形参数对显微组织的影响

4.3 热加工图构建

4.4 特征区域组织分析

4.5 本章小结

第5章 6A02铝合金杯形件等温锻造数值模拟

5.1 引言

5.2 锻件工艺性分析

5.3 模具设计方案

5.4 模具方案优化

5.5 锻件成形过程分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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致谢