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AZ80镁合金管材热挤压成形及组织演变研究

作　者: 赵根发
导　师: 刘劲松；王忠堂
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: AZ80镁合金微观组织演变热变形行为有限元模拟热挤压
分类号: TG376
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

镁及镁合金具有比重轻,比强度、比刚度高,阻尼性、切削加工性及导热性好,电磁屏蔽能力强,易于回收等一系列优点,受到人们的极大关注,被誉为“21世纪的绿色工程结构材料”。本文完成了以下主要研究工作:1.通过Gleeble-2000热压缩实验研究了AZ80镁合金高温热压缩变形的力学行为,变形温度为260℃-410℃,应变速率为0.001 s-1-10s-1;分析了工艺参数对应力、应变曲线的影响,建立了高温塑性本构方程并求出了本构方程中的系列常量。.2.对固溶处理过程中AZ80镁合金的晶粒长大规律进行了研究,建立了等温过程中的晶粒长大模型。确定了AZ80镁合金的微观组织演变模型。3.利用有限元软件MSC.Marc强大的二次开发功能编制了微观组织演变的子程序,对热挤压过程进行了数值模拟,分析了热挤压工艺参数对AZ80镁合金变形过程中坯料的温度场、等效应力场、等效应变场、组织场、残余应变场的影响,优化了热挤压工艺参数。4.在实验和模拟的基础上,选用不同的工艺参数对变形镁合金AZ80进行管材热挤压工艺实验研究,对挤压前后材料组织与力学性能的变化进行分析。热挤压可以显著细化AZ80镁合金的晶粒,而且随着挤压比的增加,晶粒变得更加细小,增大挤压比也可以提高AZ80镁合金的抗拉强度和屈服强度,实验结果与数值模拟结果基本相符合。5.研究表明,对于AZ80镁合金管材挤压,挤压比为18.2,坯料温度为390℃,模具预热温度360℃,凹模的半模角为60°～70°,可得到均匀的合金组织和良好的力学性能。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-21
  1.1 镁合金概述  13
  1.2 镁合金的应用  13-15
    1.2.1 镁合金在汽车上的应用  13
    1.2.2 镁合金在3C 产业中的应用  13-14
    1.2.3 镁合金在国防军工领域中的应用  14-15
  1.3 高温金属的热变形行为  15-17
  1.4 弹塑性有限元法简介  17-18
  1.5 微观组织数值模拟发展概况  18
  1.6 本课题研究目的、内容及技术路线  18-21
    1.6.1 本课题研究的目的及意义  18-19
    1.6.2 本课题研究的主要内容  19-20
    1.6.3 本课题采用的技术路线  20-21
第2章 AZ80 热变形行为及动态再结晶模型建立  21-41
  2.1 实验材料的选择  21-22
  2.2 实验设备及方法  22-23
    2.2.1 实验设备  22-23
    2.2.2 实验方法  23
  2.3 金相实验  23-24
    2.3.1 实验目的  23
    2.3.2 腐蚀剂的选择  23
    2.3.3 实验步骤  23-24
  2.4 实验结果  24-25
  2.5 AZ80 镁合金本构关系模型的建立  25-31
    2.5.1 金属塑性变形本构方程概述  25-27
    2.5.2 AZ80 镁合金本构方程参数的求解  27-30
    2.5.3 模型验证  30-31
  2.6 AZ80 镁合金高温变形微观组织演变规律研究  31-33
    2.6.1 应变速率对微观组织的影响  31-32
    2.6.2 变形温度对微观组织的影响  32-33
  2.7 AZ80 镁合金动态再结晶模型的建立  33-40
    2.7.1 塑性变形微观组织概述  33-38
    2.7.2 模型常数的确定  38-39
    2.7.3 模型验证  39-40
  2.8 本章小结  40-41
第3章 AZ80 镁合金等温过程中晶粒长大数学模型  41-46
  3.1 引言  41
  3.2 实验研究  41-44
    3.2.1 实验材料  41-42
    3.2.2 实验结果  42-44
  3.3 模型中相关参数的确定  44-45
    3.3.1 晶粒长大模型的提出  44
    3.3.2 模型中相关参数的确定  44-45
    3.3.3 模型验证  45
  3.4 本章小结  45-46
第4章 AZ80 镁合金管材热挤压微观组织数值模拟  46-62
  4.1 有限元模拟基本理论  46-47
  4.2 AZ80 镁合金材料库的建立  47-49
  4.3 有限元模型的建立  49
  4.4 热挤压过程组织演变二次开发  49-51
    4.4.1 微观组织演化子程序的设计  49-50
    4.4.2 微观组织演变的离散  50-51
    4.4.3 平均晶粒尺寸和残余应变的计算  51
  4.5 热挤压过程的应力、应变和应变率的分布及分析  51-54
  4.6 热挤压过程中晶粒尺寸模拟结果分析  54-55
  4.7 热挤压过程中再结晶体积分数分布规律  55
  4.8 热挤压过程残余应变的分布规律  55-56
  4.9 模拟的晶粒大小与实验测量晶粒大小比较  56-57
  4.10 坯料进入定径带前后晶粒尺寸的变化  57
  4.11 节点晶粒大小随时间的变化曲线  57-58
  4.12 不同的挤压比及半模角对挤压力的影响  58-59
  4.13 不同的挤压比对管材晶粒尺寸的影响  59
  4.14 不同的半模角对管材晶粒尺寸的影响  59-60
  4.15 不同的坯料温度对管材晶粒尺寸的影响  60
  4.16 本章小结  60-62
第5章 AZ80 镁合金管材热挤压工艺实验研究  62-83
  5.1 实验准备  62-65
    5.1.1 实验材料及润滑  62-63
    5.1.2 铸锭的均匀化退火  63
    5.1.3 铸态合金的组织和性能  63-64
    5.1.4 均匀化退火后的组织和性能  64
    5.1.5 实验设备  64-65
    5.1.6 模具设计  65
  5.2 实验方案  65-69
    5.2.1 管材热挤压实验  65-67
    5.2.2 管材拉伸实验  67-68
    5.2.3 金相实验  68-69
    5.2.4 断口扫描  69
  5.3 拉伸实验结果与分析  69-71
  5.4 金相实验结果与分析  71-72
  5.5 断口扫描实验结果与分析  72-73
  5.6 管材热挤压实验结果与分析  73-81
    5.6.1 管件成形质量分析  73-75
    5.6.2 挤压比对挤压力的影响  75-76
    5.6.3 挤压比对成形管材力学性能的影响  76
    5.6.4 挤压比对成形管材微观组织的影响  76-77
    5.6.5 凹模角度对挤压力的影响  77
    5.6.6 坯料温度对挤压力的影响  77-78
    5.6.7 坯料温度对成形管材力学性能的影响  78
    5.6.8 坯料温度对成形管材微观组织的影响  78-79
    5.6.9 模具温度对挤压力的影响  79-80
    5.6.10 坯料的均匀化对管材热挤压的影响  80-81
  5.7 管材挤压变形的金属流动分析  81-82
  5.8 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-90
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  90-91
致谢  91-92
附录用户自定义 Kopp 模型  92-95

AZ80镁合金管材热挤压成形及组织演变研究

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