基于DEFORM-3D的7050铝合金大锻件成形工艺与晶粒尺寸演化研究

摘要

航空结构件目前越来越多的采用高强、高韧的铝合金整体模锻件，其性能取决于模锻件在热加工过程中的微观组织结构，研究铝合金大型锻件锻造工艺及其微观组织的演变规律对于航空构件的成形成性具有重要意义。本文在DEFORM-3D平台上对7050铝合金大锻件自由锻工艺及模锻工艺进行了模拟，并利用微观组织模块对锻造过程中微观组织演变进行了模拟。主要内容如下： ⑴利用Gleeble-1500热模拟实验机对7050铝合金在不同的变形温度和应变速率条件下进行了等温压缩实验，研究了热变形参数对流变应力和动态再结晶行为的影响，建立了稳态流变应力模型。研究结果表明流变应力随变形温度的升高而降低，随应变速率的升高而升高，在高温低应变速率条件下有动态再结晶行为的发生。 ⑵利用金相显微镜（OM）分析了7050铝合金工业铸锭、工业锻件及热压缩试样的微观组织，并结合热模拟实验建立了元胞自动机模型。分析结果表明7050铝合金的动态再结晶过程与变形参数密切相关，在经过锻造工艺后，平均晶粒尺寸由100um变为20um左右，动态再结晶百分数达到了60％以上。 ⑶在DEFORM-3D平台上模拟了7050铝合金大锻件自由锻工艺，并利用元胞自动机模块模拟了自由锻过程中的微观组织演变过程。模拟结果表明：在自由锻过程中7050铝合金大锻件的微观组织得到了极大的改善，在模拟过程中发生了动态再结晶现象，晶粒得到了均匀细化，经过多次拔长可得到均匀细化的微观组织，模拟得到的平均晶粒尺寸大小和动态再结晶百分数与实验结果符合较好。 ⑷在DEFORM-3D平台上模拟了7050铝合金大锻件模锻工艺，并利用flow-net模块对金属流线进行了分析，分析了模具下压速度、变形温度及摩擦因子对模锻件成形及金属流线的影响。分析结果表明变形温度对模锻件成形影响显著，在较高的变形温度和较小的摩擦因子条件下锻件成形较好，金属流动性好。变形温度为450℃，摩擦因子为0.2，变形速度为15mm/s是较为理想的变形条件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2锻造成形工艺数值模拟技术发展现状

1.3微观组织模拟技术的研究现状

1.4元胞自动机(CA)

1.4.1 CA法简介

1.4.2元胞自动机的定义及构造

1.4.3元胞自动机的应用

1.4.4元胞自动机法与蒙特卡罗方法的区别

1.5Deform简介

1.5.1 Deform软件概况

1.5.2 Deform软件的模块结构

1.5.3 Deform软件的功能

1.6课题来源与论文研究内容

第二章7050铝合金实验研究与元胞自动机模型

2.1实验材料及方法

2.1.1实验材料

2.1.2热模拟实验

2.1.3显微组织观察与分析(OM)

2.2 7050铝合金流变形为分析

2.3显微组织(OM)分析

2.4元胞自动机(CA)模型的建立

2.4.1流变应力模型

2.4.2位错密度模型

2.4.3回复模型

2.4.4动态再结晶形核和长大模型

2.4.5动态再结晶百分数和再结晶晶粒尺寸

2.5本章小结

第三章7050铝合金自由锻工艺模拟与微观组织模拟

3.1 7050铝合金自由锻工艺方案的设计

3.2自由锻工艺模拟结果分析

3.2.1自由锻工艺各工步模拟结果与分析

3.2.2拔长工艺对微观组织模拟的影响

3.3本章小结

第四章7050铝合金大锻件模锻过程的数值模拟

4.1模锻工艺数值模拟模型的建立

4.1.1几何模型的建立

4.1.2温度场的定义

4.2模锻工艺模拟结果分析

4.2.1模锻工艺数值模拟方案

4.2.2变形速度对锻件成形的影响

4.2.3摩擦因子对锻件成形的影响

4.2.4变形温度对锻件成形的影响

4.2.5模锻工艺各变形参数对变形载荷的影响

4.3锻件局部变形分析

4.4模锻过程中各变形参数对金属流动的影响

4.4.1变形温度对金属流线的影响

4.4.2摩擦因子对金属流线的影响

4.5本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果