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体积效应及热加工参数对AZ31塑性变形影响的研究

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1 绪 论

1.1 课题研究意义

1.2 体积效应的基本概念

1.3 体积效应的研究现状

1.4 课题研究目的和内容

2 AZ31镁合金热压缩实验及分析

2.1 实验方法

2.2 试验结果有效性评价

2.3 高温流变应力

2.4 金相观察

2.5 硬化率曲线

2.6 AZ31流变应力模型的建立

2.7 本章小结

3 热加工参数对AZ31塑性的影响

3.1 AZ31加工图

3.2 本章小结

4 体积效应对AZ31塑性影响的实验分析

4.1 体积效应对流变应力曲线的影响

4.2 体积效应对加工图的影响

4.3 本章小结

5 体积效应对AZ31塑性影响的模拟分析

5.1 刚塑性有限元基本理论

5.2 元胞自动机

5.3 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与项目

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摘要

大量生产实践表明,金属的塑性变形行为与其体积(尺寸)有关。例如,变形体体积增大时,由于内部组织不均匀程度以及可能的缺陷增加,塑性变形时易出现裂纹;同时,由于相对表面积减小,外摩擦引起的三向压应力状态就较弱,导致塑性降低。但现有研究(包括材料性能测试的标准实验)大都在特定的尺寸范围对材料塑性变形进行研究,较少或没有考虑体积效应的影响。为此,本文主要以热压缩实验为基础,以期从宏观和微观的多尺度分析体积效应以及热加工参数对AZ31热塑性变形的影响。
  热压缩实验的试样尺寸为Φ6mm、Φ10mm、Φ14mm。根据真应力-真应变曲线,建立变参数 Arrhenius流变应力模型,基于动态材料模型(DMM)构建加工图,利用元胞自动机模拟不同体积AZ31试样晶粒长大过程。主要结论如下:
  ①流变应力曲线显示AZ31对变形温度、应变速率的敏感性;硬化率曲线能够直观的反映内部组织演化规律;AZ31变参数Arrhenius双曲正弦流变应力模型能够准确的预测流变应力值;
  ②分析Φ10mm试样在不同应变条件下加工图,发现加工图轮廓不随应变的改变而改变,表明AZ31是对应变不敏感材料;根据加工图可以确定AZ31流变失稳区和最优加工区;
  ③不同尺寸试样的流变应力曲线表明:峰值应力随着试样直径的增大而增加;尺寸Φ14mm试样曲线变化有别于其他尺寸,随着变形温度的增加,流变应力曲线最后趋于平衡;不同尺寸试样加工图表明:流变失稳区分布不同,且随着尺寸减小流变失稳区扩大;Φ6mm试样在高温压缩后,试样侧面出现裂纹;
  ④模拟分析体积效应对变形体内部应力、应变分布影响很大;变形体直径小于20mm,性能参数随着变形体尺寸的改变变化较大;变形体直径大于50mm,性能参数受尺寸因素的影响较小,相似变形体在相同的变形条件下发生塑性变形时,体积效应对性能参数的影响规律是相似的;
  ⑤利用元胞自动机模拟晶粒长大,发现应变量较小时,体积效应不明显;随着应变量的增加,直径尺寸越大追踪点周围晶粒尺寸变化越激烈,表明内部微观组织演变越激烈。

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