不同应力状态下2024铝合金板的流变行为和微观组织演化行为研究

【摘要】：塑性成形过程中,零件各个成形部位的应力状态不一样。应力状态的不同会导致各部位流变行为和微观组织演化行为出现不同。研究不同应力状态下的流变行为和微观组织演化行为有助于改进成形工艺和控制成形质量。本文针对2024铝合金轧制板材,采用基本力学性能试验和金相观察试验研究不同应力状态下的流变行为和微观组织演化行为,主要内容如下:首先利用Zwick/Roell Z020电子万能材料试验机对2024铝合金轧制板材沿轧制方向进行高温拉伸和压缩试验,分析和研究在不同应力状态下的流变行为。结果表明,相同条件下拉伸应力大于压缩应力。在低温阶段,应变速率对拉伸流变应力的影响更大,而高温阶段,应变速率对压缩流变应力的影响更大。基于拉伸和压缩试验结果分别建立了两种应力状态下的本构方程。结果表明拉伸热变形激活能小于压缩热变形激活能,这与材料内部微观组织演化有关,压缩变形过程中因为发生再结晶需要更多的能量。基于Prasad所提出的功率耗散准则和失稳准则分别建立了拉伸和压缩应力状态下的热加工图。结果表明在拉伸和压缩变形条件下,失稳区都出现在高温高应变速率区域,功率耗散率最大值都出现在高温低应变速率区域,这说明高温低应变速率有利于材料的加工。并且拉伸条件下的功率耗散率小于压缩条件,说明压缩应力状态下更容易发生动态再结晶。为研究热拉伸和热压缩变形条件下2024铝合金的微观组织演化情况,对拉伸和压缩变形之后的试样进行金相观察和EBSD观察。EBSD观察结果显示功率耗散系数峰值区域,即温度为450℃,应变速率为0.001s-1条件下,拉伸未发现明显再结晶现象,仅出现少数小角度晶界;压缩试样中发现了有明显再结晶现象,晶粒内部小角度晶界遍布整个区域。不同应力状态下的不同组织演化情况可以归结于不同的晶界运动,包括晶界迁移、晶界滑移和小角度晶界向大角度晶界的转化。基于金相观察得到的晶粒尺寸信息分别建立了拉伸和压缩应力状态下的晶粒尺寸模型。由于压缩应力状态下发生较充分的再结晶,能获得足够多的再结晶晶粒尺寸信息,所以压缩晶粒尺寸建模采用Sellars模型;而拉伸应力状态下,再结晶现象不明显,不适应这种常规的建模方式,本研究中建立了一个唯象型模型,模型中不考虑再结晶晶粒的形成过程,模型所得结果与实验结果接近。