应变路径变化对AA3104铝板成形极限曲线预测的影响

摘要

AA3104铝合金为最广泛应用的罐体材料之一。罐体经常采用冲压工艺制造，涉及多种应变路径下材料的成形性能。成形极限曲线(forming limit curve，FLC)描述了材料失稳前的极限应变状态，对冲压工艺的合理制定有重要的指导意义。
　　本文首先通过退火处理，获得H22态和O态两种状态的AA3104铝板;然后以金相观察、拉伸试验和Nakajima试验的方法评价了两种状态材料的微观组织和成形性能，并为后续模拟提供对比数据;最后采用有限元方法(finite element method，FEM)模拟Nakajima试验，预测了两种状态板材的FLC，研究了成形过程中应变路径的变化及其影响。主要结果及结论如下:
　　(1)冷轧态铝合金经400℃×3min退火后发生明显的再结晶，形成等轴状晶粒组织，获得O态合金。随着保温时间延长至10 min，晶粒尺寸有一定长大但不显著。同一冷轧态铝板经300℃×90min退火后，晶粒形状与冷轧态相比没有发生明显变化，晶粒形状呈纤维状，获得H22态合金。O态的断裂延伸率高于H22态，但硬度、屈服强度和抗拉强度更小，表明前者塑性好于后者但强度降低。
　　(2) FEM模拟Nakajima试验的结果表明，Nakajima试验中应变路径相对非线性。在无摩擦状态下，变形试样拱顶处应变路径的非线性程度随FLC区域而变化，在等双轴拉伸区非线性程度较小，在单轴拉伸和平面应变区则非线性显著。在较大的摩擦系数下，应变最大位置随着变形量的增加而偏离拱顶，应变路径也与无摩擦状态下的不同。摩擦的增大使得双轴拉伸区的应变路径偏向主应变轴。
　　(3)在FEM模拟结果的基础上，考察Pepelnjak及其合作者提出的最大应变加速度（maximum strain acceleration）失稳准则，修改失稳位置的判断步骤，使之能够用于摩擦系数较大、失稳位置偏离试样拱项情况下的FLC预测。
　　(4)对于上述两种状态的板材，基于FEM模拟和上述失稳准则所得到的FLC与实验结果符合较好。基于经典的Marciniak-Kuczy(n)ski(M-K)理论计算得到的FLC与实验结果相比偏差较大。表明考虑实际成形试验中应变路径变化的方法能够更加精确地预测FLC。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 成形极限曲线简介

1．2．1 实验测定

1．2．2 理论预测

1．2．3 影响因素

1．3 AA3104铝合金简介

1．3．1 成分和生产工艺

1．3．2 应用和发展现状

1．4 再结晶退火和组织、性能演变

1．4．1 回复

1．3．2 再结晶

1．3．3 晶粒长大

1．5 本课题的研究意义和内容

2 退火对AA3104铝合金微观组织和成形性能的影响

2．1 实验材料和热处理

2．2 退火对金相组织的影响

2．3 退火对成形性能的影响

2．3．1 单轴拉伸试验

2．3．2 Nakajima试验

2．4 本章小结

3 Nakajima成形试验应变路径变化的有限元模拟

3．1 前处理

3．2 应变路径的变化

3．2．1 无摩擦情况下应变路径变化规律

3．2．2 不同摩擦系数对应变路径的影响

3．3 本章小结

4 基于有限元模拟的成形极限曲线预测

4．1 失稳准则

4．2 不同方法获得成形极限曲线的结果比较

4．2．1 M-K方法计算成形极限曲线及影响因素

4．2．2 不同方法成形极限曲线比较

4．2．3 摩擦对有限元模拟成形极限曲线的影响

4．3 本章小结

5 结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢