AZ31B镁合金限制模压变形工艺的实验与数值模拟研究

摘要

镁合金是目前工程领域运用的最轻的金属，具备高强度，高弹性模量，良好的散热性以及消震性等优势，相对于铝合金能够承受更大的冲击载荷，对有机物和碱的侵蚀有更好的防护能力。在交通运输、航空、航天等工程领域的结构轻量化中具备非常广阔的应用前景。然而，镁合金是密排六方的晶体结构，室温下塑性变形能力非常差，同时脆性大、强度低，这些缺点严重限制了镁合金的应用。近年来逐渐发展起来的一种适用于制备大体积超细晶金属板材的新工艺——限制性模压工艺，该工艺可显著提升材料的综合性能。因此，研究镁合金的限制模压工艺对于其性能提升和促进镁合金的工程应用等，都具有重要的理论和工程意义。
　　本文通过数值模拟与实验，针对限制模压工艺参数对AZ31B镁合金的微观组织、织构以及力学性能的影响及其内在的变形机理等进行了系统研究，论文的主要研究工作如下:
　　(1)根据Johnson Cook本构方程建立了AZ31B镁合金的本构模型。基于ABAQUS软件平台，建立了限制模压变形过程的有限元分析模型。进行了三种变形路径下2道次的限制模压变形仿真分析，研究了变形次数、变形温度以及变形路径等对AZ31B镁合金试样的晶粒尺寸、等效应变分布及成形载荷等的影响规律。
　　(2)在多个温度下进行了不同变形路径的多道次限制模压变形实验，确定了合理的实验条件。对各工艺条件下进行限制模压变形后的试样进行了金相分析、X射线衍射分析和电子背散射衍射分析等，系统性地研究了变形次数、变形温度和变形路径等工艺条件对AZ31B镁合金板材微观组织变化及变形织构的影响规律，揭示了限制模压工艺对镁合金板材力学性能影响的内在机理。
　　(3)进行了室温拉伸试验和SEM断口形貌分析等，研究了工艺条件对变形后镁合金试样的抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、应变硬化指数和塑性应变比等的影响规律，分析了限制模压变形后板料综合性能的变化。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 限制性模压工艺

1．2．1 限制性模压工艺实现过程

1．2．2 限制性模压工艺的理论解析

1．3 限制性模压工艺的研究现状

1．3．1 变形材料

1．3．2 变形道次的影响

1．3．3 模压温度的影响

1．3．4 模具齿宽的影响

1．3．5 模压方式的影响

1．4 研究中存在的主要问题

1．5 本文的主要研究内容

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 实验方案设计

2．4 金相组织观察

2．5 X射线衍射分析

2．6 电子背散射衍射(EBSD)分析

2．7 室温单向拉伸测试

2．8 SEM断口形貌分析

2．9 本章小结

3．1 引言

3．2 ABAQUS软件介绍

3．3 CGP变形过程的有限元建模

3．3．1 几何模型建立

3．3．2 材料本构模型

3．4 AZ31B镁合金的多道次CGP数值模拟研究

3．4．1 试样变形区域划分及变形道次定义

3．4．2 单道次平行模压试样的变形特点

3．4．3 多道次平行模压试样的变形特点

3．4．4 模具的成形载荷

3．5 不同变形路径变形特点对比

3．5．1 变形路径对应变分布的影响

3．5．2 变形路径对应变积累效率的影响

3．6 本章小结

4．1 引言

4．2 平行模压变形后AZ31B镁合金的微观组织演化

4．2．1 金相组织分析

4．2．2 XRD分析

4．2．3 EBSD分析

4．3 CGP工艺对AZ31B镁合金板材织构的影响

4．4 本章小结

5．1 引言

5．2 试样成形性能

5．3 拉伸性能

5．3．1 CGP变形次数对镁合金板材的影响

5．3．2 CGP变形温度对镁合金板材的影响

5．4 断口形貌(SEM)

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目