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轧制镁合金棘轮行为研究及微观组织数值模拟

作　者: 顾春飞
导　师: 张新平
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: AZ31镁合金 轧制 微观组织 力学性能 棘轮行为 数值模拟
分类号: TG339
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


镁合金作为最轻质的结构材料,已经广泛应用于通讯、运输及航天航空等工业领域。这些构件常处于变幅载荷、非对称循环应力或应变服役条件,因此除了要有较高比强度、比刚度,还要求其抗循环应变能力强。构件的棘轮行为是其循环塑性变形积累的表征,对棘轮行为的研究可以有效地防止构件由于过大的塑性变形而导致尺寸失效甚至破坏。本文通过单向热轧获得AZ31镁合金板材,研究不同压下率、不同取样角度对镁合金微观组织、力学性能、棘轮行为规律的影响。并建立了基于Voronoi图的多晶体模型,数值模拟其棘轮行为规律及微观组织变化。结果表明：1)轧制过后AZ31镁合金出现孪晶,压下率越大,孪晶越多,晶粒尺寸越小；随着压下率的增大,强度增高,延伸率降低,各向异性明显；取样角度为900时的强度较高,0°时延伸率较差。2)轧制AZ31镁合金的棘轮行为规律与挤压态类似,存在循环硬化特性,增大平均应力和幅值应力都会使得棘轮应变增大,平均应力决定了棘轮应变的水平,幅值应力决定变形量的范围,并且峰值应力是棘轮行为开动的动力。3)压下率越大,轧制镁合金硬化能力越强；45°取样时,轧制镁合金的抗棘轮应变性能最好。棘轮应变由压下率和取样角度共同决定,当压下率为45%时,取样角度为0°,试样过早断裂。4)多晶体模型中平均相对晶粒尺寸与晶粒数目成负指数关系。棘轮行为数值模拟的结果与实际试验吻合较好。多晶体的应力应变分布与外应力的大小及内部晶粒取向有关。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-22
  1.1 轧制镁合金的特点及应用  10
  1.2 棘轮行为  10-16
    1.2.1 棘轮行为的危害  10-11
    1.2.2 棘轮行为宏观研究  11-14
    1.2.3 棘轮行为微观研究  14-16
  1.3 微观组织有限元数值模拟  16-20
    1.3.1 微观组织建模的方法  16-17
    1.3.2 利用Voronoi种子的建模  17-18
    1.3.3 Voronoi图在ABAQUS中的实现  18-19
    1.3.4 ABAQUS操作流程  19-20
  1.4 研究意义及研究内容  20-22
2 材料及实验方法  22-28
  2.1 实验材料  22
  2.2 轧制实验  22-24
  2.3 准静态拉伸试验  24
  2.4 棘轮实验  24-26
  2.5 微观组织观察  26
  2.6 微观组织模拟方案  26-28
    2.6.1 生成Voronoi图的程序构架  26-27
    2.6.2 微观数值模拟参数设定  27-28
3 轧制AZ31镁合金的微观组织及力学性能  28-34
  3.1 不同压下率下AZ31镁合金各取样角度的微观组织  28-30
  3.2 不同压下率下AZ31镁合金各取样角度的力学性能  30-33
  3.3 本章小结  33-34
4 轧制AZ31镁合金棘轮行为研究  34-48
  4.1 轧制AZ31镁合金循环软化/硬化特性  34-36
  4.2 轧制AZ31镁合金棘轮行为的特点  36-38
  4.3 幅值应力和平均应力对棘轮行为的影响  38-41
  4.4 压下率对棘轮行为的影响  41-43
  4.5 取样角度对棘轮行为的影响  43-45
  4.6 轧制态与挤压态AZ31镁合金棘轮行为对比  45-47
  4.7 本章小结  47-48
5 微观组织数值模拟  48-66
  5.1 实现Voronoi图的程序构架  48-53
    5.1.1 Voronoi图的生成  49-50
    5.1.2 寻找无穷点的替代点及包含无穷点的晶胞的所有顶点坐标  50
    5.1.3 寻找不含无穷点的晶胞并重组晶胞的坐标  50-51
    5.1.4 得到超范围点的个数并得到对应的替代点  51-52
    5.1.5 计算超范围的点组成的线段与边界的交点  52-53
  5.2 微观组织模型的形成及网格划分  53-55
  5.3 多晶体模型中晶粒尺寸的控制  55-56
  5.4 棘轮行为数值模拟  56-65
    5.4.1 载荷及材料参数  56-57
    5.4.2 棘轮应变模拟结果  57-62
    5.4.3 多晶体模型应力应变分布  62-64
    5.4.4 不同晶粒取向对多晶体应力应变分布影响  64-65
  5.5 本章小结  65-66
6 结论  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-74
附录  74

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 轧制 > 有色金属轧制
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