GWZK134合金热变形过程动态再结晶行为研究及仿真模拟

摘要

稀土镁合金具有高强度、优异的耐热性、耐蚀性和抗蠕变性，已成为宇航、军事等高科技领域研发的热点。大尺寸稀土镁合金铸锭作为成形大尺寸挤压件的必备原材料，广泛应用于导弹外壳、武器装甲及汽车轮毂等方向。本文针对大尺寸GWZK134合金铸锭进行实验研究，分析流变应力特征和微观组织演变规律，并采用有限元仿真技术预测热压缩过程的动态再结晶行为，实现表征参量变化规律的可视化。开发的“物理实验-本构-动态再结晶唯象-有限元仿真”耦合系统对成形工艺的优化、挤压件晶粒尺寸的控制和性能的提升具有重要的指导意义。 在应变速率为0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1，温度为360℃、400℃、440℃、480℃，最大压缩量为60%条件下进行热模拟压缩实验，获得GWZK134合金流变应力曲线。随着应变的增加，流动应力曲线具有明显的动态再结晶特点。应变速率的降低和温度的增加都会导致流动应力降低和峰值应变的减小。基于热压缩实验数据，构建了描述峰值应力变化规律的Arrhenius型本构方程和描述动态软化阶段流动应力规律的Fields-Backofen软化因子本构模型，将本构模型值与实验值进行比较，吻合度较好。 通过线性拟合手段，构建动态再结晶唯象模型，将模型参数嵌入Deform-3D晶粒模块中，建立GWZK134合金的有限元仿真平台，并结合EBSD分析技术，对该合金的热压缩过程进行数值仿真及微观组织观测。发现合金内部等效应变分布呈现不均匀特性，并且动态再结晶体积分数与等效应变的分布特征相对应。随着形变量的增大、变形温度的上升以及应变速率的降低，动态再结晶水平不断提高，动态再结晶体积分数逐渐增大。此外，在未考虑应变对晶粒尺寸影响的前提下，变形温度的上升以及应变速率的下降会导致动态再结晶晶粒尺寸变大，整体平均晶粒尺寸减小。

目录

声明

1 绪论

1.1 镁合金应用现状

1.2 稀土镁合金概述

1.2.1 稀土资源

1.2.2 稀土元素在镁合金系中的作用

1.2.3 稀土镁合金研究及应用现状

1.3 镁合金动态再结晶研究现状

1.4 再结晶微观组织数值仿真技术研究现状

1.4.1 经验唯象模型数值仿真研究现状

1.4.2 随机模型数值仿真研究现状

1.5 研究目的及意义

1.6 研究主要内容

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 技术路线

2.3 实验方法

2.3.1 均匀化热处理实验

2.3.2 等温热压缩实验

2.4 分析测试方法

2.4.1 光学显微镜分析(OM)

2.4.2 扫描电镜分析(SEM)

2.4.3 差示扫描量热分析

3 GWZK134合金热变形行为研究

3.1 引言

3.2 真应力-真应变曲线

3.3 GWZK134合金Arrhenius型本构方程的构建

3.3.1 Arrhenius型本构方程参数的确定

3.3.2 Arrhenius型本构方程的验证

3.4 GWZK134合金Fields-Backofen本构模型的构建

3.4.1 Fields-Backofen本构模型参数的确定

3.4.2 Fields-Backofen本构模型的验证

3.5 本章小结

4 GWZK134合金动态再结晶行为研究

4.1 引言

4.2 动态再结晶临界条件模型

4.2.1 动态再结晶峰值应变方程

4.2.2 动态再结晶临界条件方程

4.3 动态再结晶动力学模型

4.4 动态再结晶晶粒尺寸模型

4.5 热变形参数对动态再结晶微观结构的影响

4.5.1 应变速率对动态再结晶微观结构影响

4.5.2 变形温度对动态再结晶微观结构影响

4.6 本章小结

5 GWZK134合金热压缩数值模拟

5.1 引言

5.2 热压缩仿真系统建立

5.2.1 三维几何模型的建立

5.2.2 模拟材料库的建立

5.2.3 模拟参数的设置

5.3 热压缩仿真结果分析

5.3.1 热压缩变形基本特征

5.3.2 宏观力学性能模拟分析

5.3.3 变形量对动态再结晶特征量的影响

5.3.4 温度对动态再结晶特征量的影响

5.3.5 变形速率对动态再结晶特征量的影响

5.4 动态再结晶行为仿真结果评价

(1)不同变形区动态再结晶仿真规律评价

(2)动态再结晶体积分数仿真规律评价

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢