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SiC_p/AZ61复合材料触变塑性成形本构关系及数值模拟研究

王建金  
【摘要】: 与传统的金属材料相比,颗粒增强金属基复合材料具有比强度和比刚度高、耐高温、耐磨损、耐疲劳、热膨胀系数小、化学稳定性和尺寸稳定性好等优点。半固态加工技术的发展,为颗粒增强金属基复合材料的制备及其成形工艺的发展提供了广阔的前景。 本文利用Thermecmastor-Z热模机对通过搅熔铸造—半固态等温热处理的方法制备出的SiC_p/AZ61复合材料半固态坯料进行触变压缩实验。分析了应变速率、变形温度以及SiC颗粒体积分数对压缩应力的影响。研究了其在半固态下的变形机制。研究表明,SiC_p/AZ61复合材料在半固态条件下的流动应力对变形温度和应变速率敏感,且SiC颗粒体积分数越大,流动应力越大。触变压缩时材料的变形机制以晶粒的塑性变形和晶粒的相对滑移为主。 深入研究了半固态金属材料和复合材料的本构模型,提出了半固态复合材料触变塑性变形的一种新型本构模型,并将半固态SiC_p/AZ61复合材料触变压缩实验数据带入本构模型,确定出了模型中的参数,建立了SiC_p/AZ61复合材料触变塑性成形本构关系:σ=exp(-8.27366+50.158f_p-296.555f_p~2+14253.359/T)·ε~(-0.053)·(?)~(0.242)·[1-βf_L]~(2.316)·[1+(α(?))~(0.242)f_p]~(-0.505)通过验证,由本构方程得出的计算曲线和实验曲线拟合良好,证明本构方程有良好的精度。本构方程的建立为SiC_p/AZ61复合材料触变塑形成形数值模拟和加工过程中热力参数的合理制订与控制奠定了基础。 基于限元分析软件Deform-2D和建立的本构关系,对SiC_p/AZ61复合材料的触变塑性挤压过程进行了数值模拟,分析了挤压速度对成形过程的影响。进行了相关的触变塑性挤压实验。结果表明,挤压速度对SiC_p/AZ61复合材料的触变塑性挤压过程存在很大的影响。挤压速度越大,成形后材料的温度越高,模具的载荷越大。触变塑性挤压实验数据与数值模拟数据吻合良好,证明推导的本构关系可用于触变塑性成形的数值模拟,并可用来指导复合材料的触变塑性成形工程实践。


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