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《东北大学》 2015年
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AZ31镁合金大变形工艺下流动及晶粒尺寸模拟

张鑫  
【摘要】:镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料,具有较高的比强度和比刚度,铸造镁合金经大塑性变形后其晶粒可得到明显细化,镁强度和塑性显著提高。本文基于管材反挤压和等通道角挤压工艺,利用DEFORM-3D软件对AZ31镁合金挤压变形过程中金属的流动进行有限元模拟,并利用元胞自动机模型对合金变形过程进行晶粒尺寸模拟。考察了挤压温度等参数对AZ31镁合金反挤压管材金属流动和晶粒尺寸等的影响。并通过正交模拟试验确立了 AZ31镁合金管材反挤压的最佳工艺参数,对AZ31镁合金管材进行了反挤压试验,并对管材进行显微观察。最后分析了 ECAP变形模具结构参数和挤压工艺参数对变形均匀性及合金晶粒尺寸的影响。主要结论如下:1、AZ31镁合金管材反挤压中挤压温度、挤压速度及模角对变形和晶粒尺寸等的影响:(1)随着预热温度的升高,挤压过程中管材的最高温度和损伤因子增大,最大载荷减小,等效应力和等效应变均减小,模具的表面压力也减小,挤压后管材的平均晶粒尺寸增大。(2)随着挤压速度的增大,单位时间内坯料的温降减小,载荷峰值也相应减小,金属的流动速率、应变速率和损伤因子都增大,管材晶粒的平均尺寸减小,模具的表面压力减小,但磨损深度增加。(3)随着模角的增大,金属的流动速率增大,最大载荷先减小后增大,在45°时载荷峰值最小。(4)挤压温度和挤压速度的正交试验结果表明:挤压温度比挤压速度对挤压最大载荷及挤压后晶粒尺寸的影响更显著,而挤压过程中管材的开裂倾向则易受挤压速度的影响。(5)通过正交模拟试验确定最佳工艺参数为370℃和1mm·s-1,挤压试验得到的管材表面质量良好、壁厚均匀,晶粒最小可细化至3μm,与模拟结果吻合。2、AZ31镁合金ECAP过程中模具结构参数和挤压工艺参数对流动及晶粒尺寸等的影响:(1)随着模具内角半径的增大,横向通道顶部的空隙逐渐减小直至消失,挤压稳定阶段的挤压力逐步减小;模具内角半径取2~4mm时,挤压件横纵截面的等效应变均匀性较好;设置一定的模具内角半径可减小模具表面压力和磨损深度,但内角半径超过6mm后效果反而变差。(2)随着模具外角的增大,坯料的剪切应变量、挤压力的峰值及增长速度均减小;模具外角从0°增大到40°时,坯料横纵截面等效应变的不均匀性减小;与模具外角为0°相比,设置20°的模具外角可显著降低模具的表面压力大小和磨损深度,但当外角继续增大时模具压力和磨损的变化不大。(3)当坯料进入模具拐角变形区时温度明显升高;挤压完成后,挤压件从前端到末尾温度逐渐增大,而下部的温度普遍比上部高;挤压后工件轴向两端的等效应变接近零而中间的较大;随挤压温度的升高,挤压件轴向和横截面的应变均逐渐增大;经4道次ECAP变形后,合金的晶粒明显细化;随着挤压温度的升高,挤压后工件的晶粒尺寸增大。(4)在相同的预热温度下,挤压速度越大,坯料温度上升得越快;挤压速度为1mm/s时工件温度的变化程度最小;挤压速度越大,轴向上等效应变分布的均匀性越差;挤压速度在5mm/s以下时,挤压速度越大,挤压后合金晶粒尺寸越小,而挤压速度增大到10mm/s时,晶粒尺寸反而变大。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG379

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