应变路径和烘烤对车用铝合金板料本构特性和力学性能影响的实验研究与数值建模

摘要

汽车轻量化的趋势带动了铝合金在汽车工业中的应用。6000系铝合金以其优良的综合性能而广泛用于汽车车身外板。
　　汽车工业中车身的加工环节使材料原始的性能改变，整车性能评价需要更加准确真实的材料本构模型和材料力学性能作为依据。论文在福特汽车公司URP项目的资助下通过试验研究得到了A6111铝合金板料经历过塑性变形和烘烤时效处理后的材料本构模型及力学性能参数。
　　完成的实验包括：A6111铝合金的T4P热处理→不同大小、方向的拉伸预应变→模拟烤漆条件的烘烤时效→不同方向的单向拉伸力学性能试验。总计进行了880次单向拉伸试验。主要研究成果归纳如下：
　　1）根据试验结果分析归纳了预应变和烘烤条件对A6111（T4P）铝合金的屈服强度、抗拉强度和烘烤硬化性能的影响。
　　预应变和烘烤时效的双重作用会使A6111（T4P）铝合金的强度（包括屈服强度、抗拉强度和烘烤硬化性能）提高。预应变量越大，烘烤时效的温度越高，时间越长，材料的强度提高越多。
　　A6111（T4P）铝合金的屈服强度和抗拉强度都随预应变量的增大而提高，屈服强度的提高幅度更大。材料的屈强比随预应变量增大而增大。
　　升高时效温度和延长时效时间都会使A6111（T4P）铝合金的屈服强度和抗拉强度提高，但是升高时效温度的效果更加显著。烘烤时效对材料强度的影响不如预应变的影响显著。
　　不同烘烤条件下A6111（T4P）铝合金的的BH值大小为170℃烘烤30分钟>170℃烘烤20分钟>150℃烘烤30分钟>无烘烤。
　　没有预应变时A6111（T4P）铝合金的几乎没有烘烤硬化响应，预变形量的增加，材料出现明显的烘烤硬化响应。
　　2）研究了A6111（T4P）铝合金在经历过塑性变形和烘烤时效后的各向异性性质。
　　A6111铝合金板料在45°和30°方向的r值最高，60°方向的仅次之，随后是90°方向的，0°方向的r值最低。
　　其他条件相同时，单拉试验与预应变方向相同时测得的材料屈服强度、抗拉强度、烘烤硬化值和屈强比均明显高于不同方向时测得的结果。实际上方向相同时材料的流动应力曲线明显高于不同向时得到的曲线。
　　3）预应变方向与单向拉伸试验的方向相同或相近时A6111（T4P）铝合金的流动应力曲线上出现明显屈服平台。预应变会影响并加剧板料的PLC效应，而且当前后变形方向相同或相近时加剧效应更显著。
　　4）针对A6111铝合金，根据各预处理条件下获得的材料流动应力曲线，在H-S模型的基础上引入新的参数表征预应变大小与烘烤温差对拟合参数的影响，建立了考虑预应变、烘烤硬化和各向异性的材料本构模型。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.3课题研究意义

1.4课题来源

1.5本文研究内容

第二章 实验方法与材料

2.1 实验整体方案

2.2 A6111材料的T4P热处理

2.3 预应变实验

2.4 材料烘烤处理

2.5 力学性能试验

2.6 本章小结

第三章 预应变与烘烤对材料力学性能的影响

3.1 预应变对材料强度的影响

3.2 烘烤时效对材料强度的影响

3.3 A6111铝合金板料的烘烤硬化特性

3.4 本章小结

第四章 预应变与烘烤对A6111铝合金板料各向异性与PLC性能的影响

4.1 A6111铝合金板料的各向异性

4.2 材料的PLC效应研究

4.3 本章小结

第五章 考虑预应变与烘烤条件的材料流动应力模型建立

5.1 常用的材料流动应力模型

5.2 本研究材料适用的流动应力模型选取

5.3 预应变、烘烤对材料流动应力模型的影响及考虑预应变与烘烤的材料流动应力模型建立

5.4 考虑预应变与烘烤的材料流动应力模型的验证

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间完成的论文