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6061铝合金反向热挤压工艺参数优化及其模拟

作　者: 赵锡龙
导　师: 陈剑虹；乔及森
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 反向挤压 热模拟 数值模拟 6061铝合金 ABAQUS
分类号: TG379
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文采用物理模拟和数值模拟技术,借助THERMORESTOR-W热模拟实验机、ABAQUS商业有限元软件以及金相组织观察分析等手段,对6061铝合金低温快速挤压变形行为进行了系统的研究。内容包括:探讨了该铝合金低温快速挤压变形过程中流变曲线及流变应力的变化规律,建立流变应力模型,分析了微观组织变化;利用有限元热力耦合技术模拟研究了铝合金的低温快速挤压成形动态过程。得出以下结论:1.通过单轴压缩实验,获得6061铝合金不同应变速率和不同温度下流变应力曲线,发现变形温度和应变速率是影响6061铝合金的流变应力的重要因素,同一应变速率下变形温度越高流变应力越低,同一流变温度下应变速率越高,流变应力越高,且曲线发生在后期呈锯齿状,有动态再结晶的发生。2.可以用Zener-Hollomon参数的双曲线描述6061铝合金高温变形时的流变行为。其本构方程为ε=1.46×1019[sinh（aσ）]8.926exp（-236858/RT）;其z参数可表述为Z=εexp（236858/RT）。3.通过对热模拟变形金属的金相观察,发现在变形温度一定的情况下,随着应变率的增加晶粒尺寸不断的变小;在应变率一定的情况下,随着变形温度的增加晶粒的尺寸不断的变大,且变形温度对晶粒尺寸的影响随着应变率的减小而越发明显。4.在挤压速度2mm/s、挤压温度和模具预热温度420℃条件下,挤压力随时间变化曲线、出料口温度都与实际较接近,通过大量模拟,发现在挤压速度15mm/s,挤压温度和模具预热温度350℃条件下,出料口温度为488.4℃,制品横截面温度梯度差较小。通过比较跟踪点温度和应变随时间变化曲线,发现金属在死区和模具出口附近处温度和应变达到最大。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章 绪论  11-29
  1.1 研究背景  11-18
    1.1.1 6系铝合金概述  12
    1.1.2 6061铝合金  12-13
    1.1.3 挤压技术的发展  13-15
    1.1.4 铝合金挤压技术的发展  15
    1.1.5 6系铝合金挤压关键技术及动态  15-18
  1.2 铝合金塑性变形行为的研究  18-27
    1.2.1 合金塑性变形行为的研究方法  18-19
    1.2.2 合金塑性流变关系  19-20
    1.2.3 合金动态回复和动态再结晶行为的研究  20-22
    1.2.4 金属塑性成形研究  22-27
  1.3 本文的研究内容、采用的技术路线和意义  27-29
    1.3.1 研究内容  27
    1.3.2 研究意义  27-29
第二章 实验过程与方法  29-36
  2.1 实验用材料  29
  2.2 铝合金压缩变形实验  29-33
  2.3 6061铝合金厂矿条件下反向挤压实验  33-35
    2.3.1 金相观察  33-34
    2.3.2 力学性能测定  34-35
  2.4 热分析实验  35-36
第三章 实验结果分析  36-50
  3.1 热模拟真应力-真应变曲线  36-37
  3.2 流变应力曲线本质分析  37-38
    3.2.1 铝合金的动态回复行为  37-38
    3.2.2 铝合金的动态再结晶行为  38
  3.3 本构方程的建立  38-41
    3.3.1 实验模型  38
    3.3.2 6061铝合金的流变应力模型  38-41
  3.4 显微组织的分析与讨论  41-43
    3.4.1 热模拟实验组织  41-43
  3.5 反向挤压实验  43-44
  3.6 反向挤压制品组织、强度及硬度研究  44-48
    3.6.1 强度分析  44
    3.6.2 硬度分析  44-45
    3.6.3 显微组织观察  45-46
    3.6.4 反向挤压过程粗晶环产生原因分析  46-48
  3.7 热分析实验  48-50
第四章 6061铝合金热挤压过程数值模拟  50-66
  4.1 有限元分析软件ABAQUS的介绍  50-51
  4.2 有限元模拟过程中若干技术问题  51-53
    4.2.1 试样及模型几何形状的描述  51
    4.2.2 趋势性网格的划分与自适应网格的设定  51-53
    4.2.3 步长的设定  53
  4.3 FEM模拟原理  53-56
    4.3.1 热力藕合  55
    4.3.2 摩擦边界条件  55-56
  4.4 6061铝合金挤压数值模拟  56-66
    4.4.1 几何模型的建立  56
    4.4.2 数值模拟条件  56-57
    4.4.3 有限元模型的验证  57-58
    4.4.4 不同挤压温度不同挤压速度下挤压过程的数值模拟  58-59
    4.4.5 v_4=15mm/s、t_2=350℃条件下挤压过程的数值模拟  59-66
结论  66-67
参考文献  67-72
致谢  72-73
附录 攻读硕士期间发表论文  73

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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 > 挤压 > 有色金属及合金挤压
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