机械-电磁驱动高速变形下铝合金微结构演变研究

摘要

近年来，结构轻量化的要求使得以铝合金为代表的轻质材料在加工制造领域得到广泛应用。随着成形制造技术的快速发展，人们对铝合金的成形能力及服役性能提出了更高的要求。大量研究表明，高速变形条件可有效提高铝合金的成形能力。电磁成形是一种利用电磁力作用，无接触驱动坯料发生高速塑性变形的新技术，在提高铝合金成形能力方面发挥巨大作用。但电磁驱动高速成形条件下，铝合金微结构究竟发生怎样的变化？且这种微结构变化与常规高速成形相比又存在哪些区别？目前尚不清晰。本研究拟通过系统研究铝合金在机械驱动高速变形和电磁驱动高速变形条件下的微结构演变规律，揭示铝合金在上述两种不同高速变形条件下的微结构演变差异及机理。
　　本文以汽车及航空航天用典型铝合金作为研究对象，首先采用霍普金森（Hopkinson）杆对AA7055铝合金进行高应变率条件下的动态压缩测试，并与采用万能材料试验机进行的准静态压缩进行对比。采用透射电子显微镜（TEM）对上述两种加载条件下的变形试样进行微结构表征，发现动—静态加载条件下变形的铝合金中形成了不同特征的位错胞形态，且动态变形铝合金中存在绝热剪切带及动态再结晶现象。对上述现象，根据位错胞形成模型，并结合位错动力学理论进行了详细分析。
　　其次，为了揭示电磁驱动高速变形与机械驱动高速变形下铝合金微结构演变差异，本文通过添加/不添加驱动片方式设计出一组机械—电磁驱动高速变形实验；采用ASAME应变分析软件表征5052铝合金在两种条件下变形件的应变分布及成形极限；采用电子背散射衍射（EBSD）及TEM对变形铝合金样品的微结构进行表征。结果表明电磁-机械驱动高速变形下铝合金具有相似的应变分布和取向分布，但存在完全不同的位错组态，即电磁驱动高速变形下，其位错特征主要为位错胞与地毯式位错结构，表现出波滑移塑性变形机制；而机械驱动高速变形下，铝合金微结构呈现平行分布的位错组态，表现出平面滑移塑性变形机制。采用ANSYS模拟软件对电磁驱动高速变形过程中的涡流分布及温度场进行了数值模拟，并结合两种加载模式下铝合金样品的受力状态建立了位错形核与滑移模型，对电磁-机械驱动高速变形下铝合金微结构演变差异进行了合理分析。

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1绪论

1.1高速变形技术及应用现状

1.2机械驱动高速变形下铝合金的微结构演变国内外研究动态

1.3电磁驱动高速变形下铝合金的微结构演变国内外研究动态

1.4电磁驱动高速驱动变形下铝合金微结构演变尚存问题

1.5 本文的研究内容

2机械驱动高速变形下铝合金微结构演变分析

2.1 引言

2.2实验材料与退火处理

2.3 Hopkinson实验及分析方法

2.4 实验结果

2.5 理论分析

2.6 本章小结

3机械-电磁驱动速变形下铝合金结构演变对比研究

3.1 引言

3.2机械-电磁驱动拉伸实验设计

3.3 实验结果

3.4 理论分析

3.5 本章小结

4 全文总结

4.1 获得的主要结果

4.2 本论文的创新之处

4.3 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的论文