6xxx系铝合金低温快速挤压模拟研究

摘要

本文采用物理模拟和数值模拟技术,借助Gleeble-1500热模拟实验机、HP工作站上的DEFORM有限元软件以及金相组织观察分析等手段,对6061和6063铝合金低温快速挤压变形行为进行了较系统的研究.内容包括:探讨了两种铝合金低温快速挤压变形过程中流变曲线及流变应力的变化规律,建立流变应力模型,并分析了微观组织变化;利用有限元热力耦合技术模拟研究了铝合金的低温快速挤压成形动态过程.得出以下结论:1.在应变速率小于20s<'-1>时,铝合金流变应力随温度的增加而减小,随应变速率的增大而增大.温升随应变速率的增大而增大,当应变速率达到30s<'-1>,初始温度为350℃时,6063铝合金在0.05秒内温升达32℃,由于剧烈的温升,流变应力明显下降.2.在应变速率为20s<'-1>,温度450℃时,真应力—真应变曲线出现了明显的波动,并且组织中有新晶粒生成,说明尽管铝合金的层错能比较高,仍可发生动态再结晶.3.可以用包含Arrhenius项的Z参数描述6063铝合金低温快速变形时的流变行为,其Z参数可表述为:Z=εexp(171.68/RT)s<'-1>流变应力、应变速率与温度的关系可用Z参数表示为:σ=59.5ln{[Z/(1.904×10<'13>)]<'1/8.47>+{[(Z/1.904×10<'13>)]<'2/8.47>+1}<'1/2>}Mpa .4.温升大部分发生在挤压的开始阶段,然后趋向稳定.以挤压比为25:1,挤压杆速度为15mm/s的情况为例,当坯料初始温度设定为430℃时,出模孔温度达522.5℃,坯料温升超过92.5℃,达到了6063铝合金的风淬温度.在出模孔的制品任一横截面中,温度变化范围约为10℃.所得结果为选择工艺参数以避免挤压缺陷和减少沿纵向和横向温度变化提供了指导.由于动态回复和动态再结晶及剧烈的温升,挤压力升至峰值后,突然下降.

目录

文摘

英文文摘

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第一章 文献综述

1.1 铝及铝合金

1.2 6 XXX系铝合金

1.2.1 6061铝合金

1.2.2 6063铝合金

1.3 铝合金挤压技术

1.3.1 挤压技术发展概况

1.3.2 铝合金挤压技术的发展趋势

1.3.3 铝合金低温快速挤压技术

1.4 金属塑性变形行为研究

1.4.1 合金塑性变形行为研究方法

1.4.2 合金流变应力

1.4.3 合金动态回复和动态再结晶行为研究

1.5 金属塑性成形研究

1.5.1 金属塑性成形物理模拟研究

1.5.2 金属塑性成形数值模拟研究

1.6 本文的研究内容、采用的技术路线和意义

1.6.1 研究内容

1.6.2 研究意义

第二章 实验材料及方法

2.1 试验用材料

2.2 实验方法

2.2.1 铝合金压缩变形试验方案

2.2.2 铝合金压缩试验过程

2.2.3 金相组织观察

第三章 物理模拟实验结果与讨论

3.1 真应力－真应变曲线

3.2 流变应力曲线本质分析

3.2.1 铝合金动态回复行为

3.2.2 铝合金动态再结晶行为

3.3 本构方程的建立

3.3.1 实验模型

3.3.2 6063铝合金流变应力模型

3.4 温升的影响

3.5 显微组织分析与讨论

3.5.1 动态回复组织

3.5.2 动态再结晶组织

第四章 低温快速挤压变形过程数值模拟

4.1 有限元分析软件DEFORM概述

4.2 有限元求解过程中的具体若干技术问题

4.2.1 试样几何形状的描述

4.2.2 网格的自动生成(Auto Mesh Generation)与重新生成(Remesh)

4.2.3 步长的设定

4.2.4 迭代控制与收敛

4.3 FEM模拟原理

4.3.1 热力耦合

4.3.2 摩擦边界条件

4.4 6063铝合金挤压数值模拟

4.4.1 数值模拟条件

4.4.2 工件在挤压过程中的流速场和等效应变分布

4.4.3 等效应变速率分布

4.4.4 工件和工具在挤压过程中的温度变化

4.4.5 挤压力变化

4.4.6 工具表面压力跟踪

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文