15％SiCp/8009铝基复合材料挤压变形数值模拟

摘要

颗粒增强铝基复合材料具有低密度、低膨胀、抗热疲劳、高比强度和高耐磨性等良好性能，在航空航天、军事、汽车、电子、体育等领域得到快速发展。本文以SiC p/8009铝基复合材料为研究对象，采用Gleeble-3500热模拟机对粉末热挤压制备的SiC p/8009铝基复合材料在变形温度为400℃-550℃，应变速率0.001s-1-1s-1条件下进行热压缩实验，得到了其流变应力曲线，建立了该复合材料的高温稳态流变应力模型。并采用有限元数值模拟软件Deform-2d对SiC p/8009铝基复合材料在不同工艺条件下的热挤压管材成形模拟进行了系统研究。主要研究结果如下：
　　(1) SiC p/8009铝基复合材料高温热压缩变形时流变应力开始随应变的增加而增大，出现峰值后逐渐趋于稳态流变特征。其流变应力随着变形温度的升高而降低，随变形速率的提高而增大，表现出正的应变速率敏感性。
　　(2)可用包含Zener-Hollomon参数的双曲正弦关系来描述铝基复合材料热变形流变行为，变形激活能为488.3853KJ/mol，其流变应力方程为：(此处为方程省略)
　　(3)对管材正向挤压进行数值模拟分析,得出了温度场分布图、等效应力图、等效应变图、变形速率矢量分布图及行程-挤压力曲线。挤压模拟结果：挤压
　　过程中，坯料最高温度发生在变形区内的凹模模口处，坯料变形区等效应力及等效应变分布不均匀，最大等效应力发生在凹模模口处，最大等效应变发生在坯料与凹模模块接触的外表面。在凹模模口处速度达到最大值。挤压力先是随着凸模的下压逐渐升高，升高到一定值后开始下降，然后在某一值上下浮动。
　　(4)针对坯料变形温度和挤压速度对管材热挤压成型的影响进行分析，主要分析其对应力场、温度场及挤压力的影响规律，随着挤压温度的升高，材料的等效应力降低，其分布也更加均匀，同时所需挤压力减小，同时考虑到制品的质量和模具的寿命，最后选择合理变形温度为450℃-500℃。随着挤压速度的增大，所需挤压力增大，坯料的温度明显增大，且温升幅度很大。选择合理挤压速度为0.3mm/s-0.6mm/s。
　　(5) SiC颗粒增强铝基复合材料正向挤压变形时，基体金属宏观和微观不均匀流变造成 SiC增强颗粒的转动。硬且脆的 SiC颗粒在随着基体金属的不均匀流动而运动时，一旦不能在较大的应力作用下朝着合力的方向转动便会发生断裂。外侧坯料中的 SiC颗粒比中心部位坯料容易产生颗粒断裂。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 颗粒增强铝基复合材料的特性与应用

1.3 颗粒增强铝基复合材料的制备工艺

1.4粉末挤压技术

1.5颗粒增强铝基复合材料的挤压工艺研究概述

1.6有限元技术及其在颗粒增强铝基复合材料研究中的应用

1.7本文的研究目的、研究内容及技术路线

第2章 实验材料及方法

2.1实验材料

2.2 热压缩实验

2.3显微组织观察

2.4 有限元模拟

2.5 正向挤压验证实验

第3章 SiCp/8009铝基复合材料热变形流动应力行为

3.1 引言

3.2 SiCp/8009铝基复合材料高温压缩应力应变行为

3.3 SiCp/8009铝基复合材料流变应力本构方程建立

3.4 本章小结

第4章 SiCp/8009铝基复合材料挤压数值模拟

4.1 引言

4.2 刚塑性有限元模拟

4.3挤压数值模拟模型建立与参数设置

4.4管材正向挤压数值模拟分析

4.5工艺参数对管材挤压成形的影响

4.6 管材正向挤压模拟过程中 SiC颗粒转动分析

4.7 管材正向挤压模拟过程中 SiC颗粒断裂分析

4.8 管材挤压工艺实验验证

4.9 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文