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6061铝合金楔横轧变形研究

作　者: 赵培峰
导　师: 任广升
学　校: 机械科学研究总院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 6061铝合金、楔横轧本构关系应力应变分析动态回复
分类号: TG335.19
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文以6061铝合金为研究对象，深入研究了6061铝合金的高温金属塑性变形的本构关系与楔横轧变形中材料的流动特征以及变形过程中材料内部组织的变化特点，这是车辆轻量化急需用铝合金代替传统钢材料这一发展趋势下的新课题。这一课题的研究将为铝合金锻件在车辆，特别是汽车上的广泛应用提供应用基础与成形工艺设计的参考数据，对于提高铝合金锻件的材料利用率，大幅降低生产成本，开发新的复合变形工艺都具有促进作用。在理论分析的基础上，通过Gleeble热模拟机对6061铝合金进行压缩热模拟实验，根据实验结果，采用回归方法确定6061铝合金高温塑性变形的本构关系，并确认6061铝合金的材料常数。这些分析结果对于深入认识6061铝合金变形行为提供了理论上的支持，并为数值模拟6061铝合金的楔横轧三维变形提供理论基础。使用Deform-3D商用有限元模拟软件，运用上述确定的6061铝合金的本构关系，采用热—力耦合方法，数值模拟6061铝合金在楔横轧变形过程中温度场的变化规律，分析了工艺参数与变形参数对温度场分布的影响，着重分析了变形过程中温度升高的规律，据此提出了这种铝合金适宜的锻造起始温度。对于其他铝合金锻造起始温度的确定也有参考价值。在数值模拟的基础上，对6061铝合金工件的应力应变场变化规律、材料的流动特点等进行了研究，深入分析6061铝合金楔横轧变形过程的应变分布变化规律与45~#钢的应变分布规律异同点，揭示出这两种材料应变场的分布对工艺参数与变形参数变化的反应是有明显差别的，指出不能简单地把锻钢的变形规律用于指导铝合金的变形分析，在涉及楔横轧中心缺陷的问题与分析材料热变形组织性能的变化时，这一点尤为重要。本文将模拟研究与工艺实验有机结合起来，对各种工艺参数与变形参数组合的工况进行了变形实验。利用电子显微镜对楔横轧变形过程中材料的组织演化进行了研究。指出在变形过程中，材料的主要软化机制是动态回复，材料的原始晶粒大小没有明显变化，但亚组织有较明显的变化，这为6061铝合金楔横

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-15
第一章绪论  15-31
  1.1 课题的提出和目标  15-18
  1.2 塑性力学基础方程  18-22
    1.2.1 材料性质的基本假设[21][22]  18-20
    1.2.2 塑性材料的本构关系[23]  20-22
  1.3 材料高温塑性变形行为的研究内容和方法  22-25
    1.3.1 高温塑性变形行为的研究  22-25
  1.4 高温塑性变形流动应力的研究方法  25-26
  1.5 数值模拟的现代问题  26-28
  1.6 楔横轧技术简介  28-29
  1.7 课题的研究方法  29-31
第二章 6061铝合金高温塑性变形力学行为的研究  31-42
  2.1 引言  31
  2.2 试验条件和方法  31-32
  2.3 材料的化学成份  32
  2.4 真应力—真应变曲线  32-35
  2.5 变形条件对6061铝合金材料流变应力的影响  35-38
    2.5.1 6061铝合金材料应变速率对流变应力的影响  35-37
    2.5.2 温度对6061铝合金材料流变应力的影响  37-38
  2.6 6061铝合金高温塑性变形的材料常数确定  38-40
  2.7 6061铝合金高温压缩变形本构方程的建立  40-41
  2.8 结论  41-42
第三章楔横轧变形过程中6061铝合金温度场变化的数值模拟  42-67
  3.1 引言  42
  3.2 DEFORM-3D有限元软件简介  42-43
  3.3 热—力耦合有限元理论  43-45
  3.4 楔横轧有限元模型  45-46
  3.5 6061铝合金楔横轧变形过程中的温度场分析  46-62
    3.5.1 始温480℃时温度场的变化  46-52
    3.5.2 始温450℃时温度场的变化  52-56
    3.5.3 始温430℃时温度场的变化  56-62
  3.6 楔横轧成形过程中工艺参数对6061铝合金工件温度的影响  62-66
    3.6.1 成形角对温度的影响  63
    3.6.2 展宽角对温度的影响  63-64
    3.6.3 断面缩减率对温度的影响  64
    3.6.4 工件直径对温度的影响  64-65
    3.6.5 设备速率对温度的影响  65-66
  3.7 结论  66-67
第四章 6061铝合金楔横轧应力应变场分布研究  67-97
  4.1 引言  67
  4.2 研究金属成形的主要模拟理论与方法  67-69
  4.3 6061铝合金楔横轧回转成形过程中应力分析  69-74
  4.4 6061铝合金楔横轧回转成形过程的应变分析  74-79
  4.5 6061铝合金楔横轧过程中各参数对心部应力的影响分析  79-84
    4.5.1 工件直径对心部影响分析  79-80
    4.5.2 成形角对心部应力的影响  80-82
    4.5.3 展宽角对心部应力的影响  82-83
    4.5.4 断面缩减率对心部应力的影响  83-84
  4.6 各参数对6061铝合金心部应变的影响分析及与45#钢心部应变特征的对比  84-95
    4.6.1 成形角的影响及对比  85-87
    4.6.2 展宽角的影响及对比  87-90
    4.6.3 断面缩减率的影响及对比  90-92
    4.6.4 工件直径的影响及对比  92-95
  4.7 结论  95-97
第五章 6061铝合金楔横轧变形材料组织的变化  97-111
  5.1 引言  97
  5.2 6061铝合金楔横轧实验  97-99
  5.3 铝合金热变形时的动态回复  99-102
    5.3.1 动态回复  99-100
    5.3.2 动态回复亚晶粒尺寸大小  100-102
  5.4 6061铝合金楔横轧不同工艺条件下显微组织的变化  102-103
    5.4.1 6061铝合金试样的制备  102
    5.4.2 6061铝合金显微织构的变化  102-103
  5.5 6061铝合金楔横轧成形显微组织的变化  103-106
  5.6 6061铝合金楔横轧动态回复模型  106-109
    5.6.1 楔横轧成形过程中应变速率的确定  106-108
    5.6.2 动态回复模型的建立  108-109
  5.7 结论  109-111
第六章结论  111-112
参考文献  112-117
致谢  117-118
攻读博士期间发表论文及成果  118

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