5052/AZ31/5052包铝镁轧板胀形行为的研究

摘要

包铝镁轧板是一种兼具镁合金和铝合金优良性能的新型材料，将这种材料用于机械设备、汽车车身、航空航天设备等方面的生产，保证耐蚀性和减震性的前提下将有效减轻自重以节约能源资源，应用和发展前景广阔，对未来工业转型升级具有一定的指引作用。为了使得包铝镁轧板能广泛应用于工业生产中，必须深入研究其基本力学性能、微观结构、成形性能等各方面，形成完善的研究体系。本课题从宏观实验、微观分析、数值模拟三个角度研究5052/AZ31/5052包铝镁轧板的成形性能，旨在探究胀形过程对包铝镁轧板结合性能的影响。
　　通过170℃、200℃和230℃下单向热拉伸实验，研究了包铝镁轧板的基本力学性能。抗拉强度、屈服强度和应变硬化系数随温度的升高逐渐降低，延伸率和厚向异性系数的平均值则逐渐增大。230℃时，厚向异性系数平均值达到最大值0.87，而各方向厚向异性系数平均差值为最小值0.11，各向异性程度最低。
　　测定170℃和230℃下胀形件的减薄率并分析其厚度分布规律，发现230℃下处于双向等拉应变状态的胀形件具有最大减薄率48.8％，且该实验条件下三个方向试样的减薄率曲线变化趋势最为接近，各方向的减薄程度大致相同。
　　通过对包铝镁轧板不同实验条件下的断口和界面进行SEM分析（配备EDS），得出如下结论:230℃时胀形件断口呈现出比170℃时较为明显的韧性断裂特征。胀形过程消除界面组织缺陷的同时增加了机械咬合面积，使得镁合金基体与铝合金基体间的结合更加紧密，有利于提高界面结合强度。230℃双向等拉应变状态的板料胀形后，Mg原子分布较均匀，扩散深度达到最大值48.57μm，Al原子分布也趋于均匀，但其扩散深度变化不明显，且在该实验条件下反应扩散层与板料的协调变形能力较好。
　　采用DYNAFORM软件模拟包铝镁轧板在170℃和230℃下的胀形过程，通过对比模拟结果与实际结果的差异，发现:模拟的极限胀形高度和减薄率整体小于实验所得的值，但差值不超过10％，且不同应变状态下胀形件高度的变化规律一致。
　　通过以上的研究分析，说明230℃下包铝镁轧板具有较优的塑性成形性能，且成形过程不仅不会影响包铝镁轧板界面反应扩散层的厚度，还能促进界面两侧元素分布均匀化。实际生产前用有限元软件对成形过程进行模拟，有利于实现工艺参数和产品结构的最优化，从而更好地指导生产，提高效率和成品率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 异种金属层合板研究现状

1．2．1 典型的金属层合板制备工艺

1．2．2 金属层合板前沿动态

1．3 包铝镁轧板的研究技术进展

1．3．1 包铝镁轧板简介

1．3．2 包铝镁轧板科研动态

1．4 论文研究内容

1．4．1 实验研究

1．4．2 数值模拟

1．5 包铝镁轧板胀形性能研究体系

第二章 实验研究方法和模型建立

2．1 引言

2．2 实验方案理论依据

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验方案的制定依据

2．2．3 数值模拟方法的依据

2．3 实验仪器与设备

2．3．1 单向热拉伸实验装置

2．3．2 厚度分布测定仪器

2．3．3 微观分析设备

2．4 实验方案

2．4．1 单向热拉伸实验

2．4．2 胀形件减薄率测定

2．4．3 断口、界面微观结构分析

2．4．4 DYNAFORM模拟模型

2．5 本章小结

第三章 包铝镁轧板力学性能及胀形件厚度分布规律

3．1 引言

3．2 包铝镁轧板单向热拉伸

3．2．1 不同取向、不同温度下n值r值的分布规律

3．2．2 塑性应变比(r值)

3．2．3 应变硬化指数(n值)

3．2．4 包铝镁轧板的基本力学性能

3．3 胀形件整体厚度分布规律

3．4 本章小结

第四章 包铝镁轧板断口及界面的微观结构

4．1 引言

4．2 不同温度下断口形貌

4．2．1 单向热拉伸试样断口形貌特点

4．2．2 170℃和230℃胀形试样断口形貌

4．3 包铝镁轧板界面形貌及Mg、Al原子扩散行为

4．4 本章小结

第五章 5052／AZ31／5052包铝镁轧板胀形过程数值模拟

5．1 引言

5．2 DYNAFORM数值模拟软件

5．3 Dynaform模拟成形过程的一般程序

5．4 5052／AZ31／5052包铝镁轧板胀形过程模拟前处理

5．4．1 ProE建模及数据存储

5．4．2 网格划分

5．4．3 材料模型的选择

5．4．4 新材料的定义

5．4．5 工具和工序的定义

5．5 提交运算

5．6 后处理

5．6．1 模拟胀形高度

5．6．2 厚度减薄率

5．7 结论

5．8 包铝镁轧板研究展望与工艺合理化建议

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文