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阐述镁合金MgAlCaSr镁合金热挤压组织演变与表面开裂仿真

收藏本文 2024-02-07 点赞:7246 浏览:21084 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:Mg-Al-Ca-Sr镁合金因其加入的是廉价的碱土元素Ca和Sr,既能降低生产成本又能提升合金的性能,且能满足汽车轻量化及节能减排的要求。因Mg-Al-Ca-Sr镁合金在室温下成形性较差,对该合金开展热变形探讨,可以帮助解决合金在工业上运用的成形性和组织制约的相关不足,为该合金热成形工艺的制订提供指导。本论文以Mg-Al-Ca-Sr镁合金为探讨对象,采取物理模拟和数值模拟相结合的策略,开展对该合金热成形行为、组织演变及热挤压开裂预测的探讨。采取热压缩实验,获得了该合金的流变应力曲线,建立了该合金的热加工图,并结合热加工图探讨了合金的热变形行为和显微组织演变;建立了Mg-Al-Ca-Sr镁合金基于动态再结晶的材料本构模型,并对该合金的热压缩和热挤压历程中组织演变进行了预测;结合有限元策略,采取经验公式和不同断裂判据对Mg-Al-Ca-Sr镁合金热挤压历程中的开裂现象进行了系统浅析。通过与实验结果比较浅析,对以上模拟预测结果的可靠性进行了验证。得到的主要结论如下:对加工图浅析表明,应变量对于功率耗散图中各区域影响程度不同,在高温低应变速率条件下,其功率耗散效率变化较小;在高温高应变速率条件下,其功率耗散效率显著减小。随变形温度的升高和应变速率的降低,材料功率耗散效率逐渐提升。Mg-Al-Ca-Sr合金变形失稳的主要理由是在变形历程中的局部流变以及在再结晶区域所引起的裂纹。Mg-Al-Ca-Sr合金经挤压后,其晶粒尺寸较铸态有显著的细化,合金力学性能有显著的提升,挤压速度和挤压温度对于合金组织及性能有较大的影响,如要获得较细小的晶粒及较高的合金强度,挤压加工需选择在较低的温度(350℃)和较低的速度下(2.7mm/s)进行挤压。采取K-M位错密度模型对Mg-Al-Ca-Sr镁合金热压缩模拟实验得到的流变应力曲线数据进行处理,求出了改善的L-J位错密度模型中的应变硬化参数和应变软化参数,确立了该镁合金基于动态再结晶的本构模型。基于DEFORM3D有限元软件平台,采取元胞自动机法对Mg-Al-Ca-Sr镁合金热挤压历程中显微组织变化进行了有限元模拟与预测,其结果与实验吻合良好。在有限元模拟软件对Mg-Al-Ca-Sr镁合金型材热挤压模拟中,采取CockcroftLatham判据、Normapzed Cockroft and Latham判据、Brozzo判据和Freudenthal判据,以及Z参数(考虑变形初始温度和应变速率)法,对Mg-Al-Ca-Sr合金热挤压型材表面开裂现象进行预测浅析,探讨结果表明Z参数法能较好的预测挤压历程中的型材的表面质量情况,因为该策略较全面地考虑了变形温度和应变速率对开裂的影响。其余四种判据对Mg-Al-Ca-Sr镁合金型材热挤压开裂不足的预测有一定局限性。关键词:Mg-Al-Ca-Sr镁合金论文热变形论文加工图论文动态再结晶论文组织模拟论文挤压型材论文表面裂纹预测论文

    摘要5-7

    Abstract7-12

    插图索引12-15

    附表索引15-16

    第1章 绪论16-29

    1.1 引言16

    1.2 Mg-Al-Ca系镁合金探讨近况16-22

    1.2.1 Mg-Al-系合金17-18

    1.2.2 Mg-Al-Ca(Sr)合金18-22

    1.3 镁合金热成形探讨近况22-26

    1.3.1 本构模型22-23

    1.3.2 再结晶数学模型23-25

    1.3.3 镁合金在变形历程中微观组织演化25-26

    1.4 镁合金塑性成形技术26-28

    1.4.1 镁合金塑性成形26-27

    1.4.2 镁合金成形数值模拟技术27-28

    1.5 本论文探讨内容28-29

    第2章 材料及实验策略29-33

    2.1 实验材料29

    2.1.1 合金的成分29

    2.1.2 固溶处理29

    2.2 热压缩实验29-30

    2.3 热挤压实验30-31

    2.4 合金组织观察及性能测试31-33

    2.4.1 金相组织观察(OM)31

    2.4.2 常温拉伸实验31

    2.4.3 扫描电镜观察(SEM)31

    2.4.4 电子背散射衍射(EBSD)31-33

    第3章 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热加工图的创建及在热挤压加工中的运用33-53

    3.1 Mg-Al-Ca-Sr镁合金的热压缩行为33-35

    3.1.1 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热压缩变形流变应力曲线33-34

    3.1.2 变形温升对应力应变曲线的影响τ34-35

    3.2 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热加工图35-50

    3.2.1 加工图的论述基础35-39

    3.2.2 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热加工图的绘制39-44

    3.2.3 热加工图的浅析与运用44-50

    3.3 热加工图在挤压中的运用50-52

    3.4 本章小结52-53

    第4章 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热挤压变形行为及组织模拟探讨53-87

    4.1 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热挤压组织及力学性能53-65

    4.1.1 Mg-Al-Ca-Sr镁合金显微组织53-61

    4.1.2 挤压出口温度浅析61-62

    4.1.3 Mg-Al-Ca-Sr镁合金力学性能62-65

    4.2 基于动态再结晶Mg-Al-Ca-Sr镁合金本构模型的建立65-80

    4.2.1 Mg-Al-Ca-Sr镁合金再结晶本构模型的建立65-68

    4.2.2 再结晶参数的求解68-78

    4.2.3 硬化参数和软化参数的求解78-79

    4.2.4 再结晶形核79

    4.2.5 晶粒长大79-80

    4.3 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热挤压组织模拟80-86

    4.3.1 镁合金微观组织模拟80-81

    4.3.2 Mg-Al-Ca-Sr合金热成形组织模拟条件81-82

    4.3.3 Mg-Al-Ca-Sr合金热挤压组织模拟结果与浅析82-86

    4.4 本章小结86-87

    第5章 Mg-Al-Ca-Sr镁合金热挤压表面开裂浅析及有限元预测探讨87-109

    5.1 挤压历程断裂模拟模型的建立87-91

    5.1.1 断裂判据87-90

    5.1.2 塑性边界条件90

    5.1.3 热传导90-91

    5.1.4 有限元方程求解91

    5.2 热挤压开裂模拟与浅析91-107

    5.2.1 热挤压模拟条件91-93

    5.2.2 挤压力浅析93-94

    5.2.3 挤压出模口温度浅析94-97

    5.2.4 基于经验公式的热挤压开裂浅析97-102

    5.2.5 基于断裂判据的热挤压开裂浅析与讨论102-107

    5.3 本章小结107-109

    结论109-111

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