网络互穿双金属镁基复合材料挤压成形的动力学研究

摘要

以304不锈钢丝所编织成的网络三维骨架作为增强体，以AZ31镁合金作为基体通过压力浸渗工艺得到网络互穿双金属镁基复合材料，弥补了镁合金强度和硬度低的不足，又避免了陶瓷增强镁基复合材料低韧性的缺点。通过对这种材料进行挤压成形加工，能够使基体和增强体材料结合的更紧密并且能够细化材料的晶粒，改善和提高材料的力学性能。为了分析挤压成形过程中，双金属镁基复合材料的变形行为和等效应力应变的分布规律，以及挤压工艺参数的改变对它们的影响规律，利用有限元分析软件DEFORM-3D对复合材料的挤压变形过程进行了仿真模拟分析。
　　 首先根据混合定律以及有限元的基本理论构建了网络互穿双金属镁基复合材料的刚塑性有限元模型，包括材料的几何模型和数学模型。为了验证复合材料数学模型的正确性，利用双金属镁基复合材料的制备方法与合成工艺得到复合材料并对其进行挤压变形的实际物理实验，根据所测得的等效应力应变及应变速率的结果对材料的数学模型进行验证分析，得到正确的数学模型。
　　 导入材料的有限元模型对其挤压成形过程进行有限元模拟分析，模拟结果表明挤压试样在开始挤压阶段，材料表层部分晶粒细化作用较明显，而心部材料的大部分网格没有发生变化.在连续挤压阶段，挤压试样表层部分和心部均得到明显的细化作用。试样的载荷.行程曲线可以分为缓慢增加阶段、快速增加阶段和基本稳定阶段，挤压温度的升高会降低载荷值，而挤压比和挤压速度的提高会增加载荷值的大小。挤压试样表层部分的等效应变大于其中心部位的，挤压温度对等效应变值影响不大，增大挤压比会增加等效应变的大小并降低其分布的均匀性，提高挤压速度使等效应变呈现先增大后减小的趋势且能提高其分布的均匀性。挤压试样的等效应力主要集中在挤压腔和挤压孔附近，且表层部分的等效应力大-丁.心部的，提高挤压温度会降低等效应力，提高材料的流动性和变形均匀性，挤压速度和挤压比的提高均会提高材料的等效应力值，且对等效应力的分布有影响。
　　 为了综合分析挤压工艺参数的改变对材料等效应变和等效应力的影响，通过正交试验对双金属镁基复合材料的挤压成形过程进行模拟分析，并根据模拟结果确定了挤压工艺参数对试验指标的影响程度，及最佳挤压工艺参数组合为挤压温度为673K，挤压比为25，挤压速度为3mm/s，为材料的实际生产加工提供了理论指导意义。