预变形铝合金板材高应变率塑性变形行为研究

摘要

近年来,节能和环保的要求使得在汽车和航空航天等先进制造领域,结构和材料的轻量化趋势日益明显,以铝合金为代表的轻质高强度材料的应用日益广泛。但由于铝合金板材室温成形性差,采用传统冲压成形工艺很难成形形状复杂的零件,而电磁成形等高速率成形技术能显著提高其室温塑性。板材电磁辅助冲压成形技术把高速率电磁成形技术的优势有效地结合到传统冲压成形过程中,为铝合金板材复杂形状构件的室温精确成形提供了一条有效途径。基于铝合金板材电磁辅助冲压成形中板坯的变形特点,本文采用理论分析、实验与微观分析相结合的方法,开展5052铝合金预变形板坯高应变率加载下塑性变形行为研究,为深入认识铝合金板材的动态变形机制及促进该复合成形技术的工程化应用奠定基础。
　　针对磁脉冲辅助冲压成形中板坯的准静态预变形-高速率动态变形顺序加载的变形特点,在系统研究材料的动态本构响应模型的基础上,基于霍普金森拉杆实验,获得了不同准静态预变形板坯在不同高应变速率加载下的动态响应应力-应变曲线,分析了高应变率加载下5052铝合金板材的材料响应特征,进而结合理论模型分析和数据处理,建立了5052铝合金预变形板材的动态本构模型。研究表明,高应变率加载时,5052铝合金板材的应变速率敏感性增加;随着应变速率的增大,材料的应变率强化效应增强;且同一应变率水平下,随着板坯准静态预变形程度的加剧,材料的形变强化效应增强。针对5052铝合金板材,实验结果表明采用Fields-Backofen本构模型能够较好的描述其动态本构关系。
　　采用理论分析、力学性能分析及 SEM、TEM等微观分析方法相结合的手段对5052铝合金预变形板坯的动态塑性变形机制进行了研究。结果表明,与准静态变形相比,高应变率动态变形后材料的强度和塑性均有明显提高,且准静态预变形与应变速率对动态变形板材的塑性和强度均有促进作用。较大的预变形时,材料的强度和塑性较高;较大的应变速率时,材料的强度和塑性也提高。微观分析表明,动态变形断口呈韧窝状断裂,变形以位错滑移为主;与准静态变形单系位错滑移不同,动态变形位错呈现出多系滑移特征,位错密度大且组态更均匀。动态冲击载荷作用下,准静态预变形组织的存在则更易诱发交滑移,并有助于协调位错组态的均匀化。

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第一章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2电磁成形及电磁辅助冲压成形的国内外研究现状

1.3材料动态性能测试方法及其设备发展

1.4铝合金动态力学行为及研究现状

1.5本文研究的主要内容

第二章 实验材料及研究方法

2.1实验材料及流程

2. 2实验方法及内容

2.3 实验设备及原理

2.4试样的制备

第三章 材料的动态本构关系简介

3.1动态应力应变关系推导

3.2几种典型的动态本构模型

3.3本章小结

第四章 5052铝合金动态本构模型的确定

4.1动态拉伸实验

4.2材料Johnson-cook模型参数确定

4.3 Johnson-Cook本构方程的验证

4.4材料Fields-Backofen本构方程系数确定

4.5Fields-Backofen模型验证

4.6本章小结

第五章 高应变率下5052铝合金塑性变形机制

5.1动态拉伸延伸率测试

5.2动态拉伸显微维氏硬度测试

5.3动态拉伸试样断口形貌分析

5.4动态拉伸试样透射电镜分析

第六章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表文章