剧烈塑性变形工艺对AZ31镁合金力学性能的影响分析【0张图/17886字】【优秀机械毕业设计论文】
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剧烈
激烈
塑性变形
工艺
对于
az31
镁合金
力学性能
影响
分析
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优良
机械
毕业设计
论文
- 资源描述:
-
目录
摘 要.....................................................................III
翻 译.....................................................................IV
1 前 言....................................................................1
1.1 等径角挤压镁合金的课题背景.............................................1
1.1.1 镁合金简介及应用....................................................1
1.1.2 等径角挤压工艺.......................................................2
1.1.3 等径角挤压的研究现状及水平..........................................3
1.2 等径角挤压的选题意义...................................................3
1.2.1 等径角挤压的选题思路................................................3
1.2.2 等径角挤压的选题意义................................................4
2 课题实现的前提及实验原理..................................................6
2.1课题实验实现的前提......................................................6
2.1.1 课题原理简介........................................................6
2.1.2课题模拟的实现.......................................................7
3 课题模拟与实验过程..........................................................9
3.1 DEFORM软件简介及功能介绍.............................................9
3.2 课题数值模拟的过程.......................................................10
3.2.1 ECAP模拟前处理........................................................10
3.2.2 ECAP模拟运算......................................................12
3.2.3 AZ31镁合金ECAP模拟后处理过程.....................................12
3.3 AZ31镁合金ECAP的实验过程...............................................12
3.3.1 实验材料及设备准备.................................................12
3.3.2 实验的具体方案.....................................................13
4 实验结果及分析..............................................................15
4.1 实验结果与分析........................................................15
4.1.1 ECAP挤压试样的变形...................................................15
4.1.2 AZ31镁合金等径角挤压应力应变关系...................................15
4.1.3 AZ31镁合金等径角挤压硬度分析.......................................16
4.1.4 等径角挤压AZ31镁合金加载力分析....................................20
4.1.5 AZ31镁合金的拉伸实验...............................................21
5 结论与展望...................................................................26
5.1 课题结论..............................................................26
5.2 课题展望..............................................................26
谢 辞............................................................................28
参考文献.........................................................................29
摘要
材料的微观组织对其力学性能具有重要的影响,材料的晶粒度越小,材料往往表现出强度、硬度提高,塑性得到改善等优良的力学特性,细晶粒材料在工业生产中极具应用价值。通常采用剧烈塑性变形细化材料的晶粒,因此实现剧烈塑性变形的工艺方法成为研究热点。
本课题采用目前在材料科学界的研究热点——等径角挤压工艺,来对AZ31镁合金进行剧烈塑性变形,并通过对AZ31镁合金等径角挤压实验进行有限元模拟。对实验和模拟参数进行对比分析,从而得出等径角挤压对AZ31镁合金力学性能的影响结果。
等径角挤压工艺是通过对材料进行纯剪切变形,使材料内部累积大的应变量来细化晶粒。本课题采用DEFORM软件对的变形过程进行有限元模拟得出细化晶粒的演化机理。并分析这种机理对AZ31镁合金力学性能的影响。
关键词:等径角挤压、有限元分析、数值模拟、AZ31镁合金力学性能
The Analysis on the Effect of Severe Plastic Deformation on Mechanical Properties of AZ31 Magnesium Alloy
ABSTRACT
The microstructure of materials has important influence on the mechanical properties of the material, the smaller of the grain size, material often show some good mechanical properties such as strength and hardness, plastic improved and so on. Usually adopts acuteness plastic deformation to refine grains of the materials, therefore realizes the violent plastic deformation process method to be a research hotsplot.
This topic adopt a research hotplot of scientific in materials——Equal Channel Angular Pressing process, to implement severe plastic deformation on AZ31 magnesium alloy, and do some finite element simulation on ecap experiment of AZ31 magnesium alloy. Through analysis of the experiment and simulation parameters,to obtain the effect of ECAP on AZ31 magnesium alloy.
Ecap process is based on pure shear deformation on materials, to accumulation large strain amount in the internal of material to refine grains. This subject adopts DEFORM software on the deformation process of finite element simulation that obtain the evolution of grain refinement mechanisms. And analysis the effect of this mechanism on the mechanical properties of AZ31 magnesium alloy.
Key Words: Equal channel angular pressing、Finite element analysis、Numerical simulation、mechanical properties of AZ31 magnesium alloy

- 内容简介:
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附表 2 山东建筑大学 毕业论文开题报告表 班级: 成型 051 姓名: 韩广秘 论文题目 剧烈塑性变形工艺对 合金力学性能的影响分析 一、 选题背景和意义 : 镁合金 是 以 镁 为基加入其他 元 素 组成的合金。其特点是:密度 小( 是铝的 2/3,钢的 1/4。 比强度高, 比刚度高, 弹性模量大,消震性好,承受冲击载荷能力比铝合金大, 优良的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加 工性能及较低的铸造成本等显著优点 , 耐有机物和碱 的 腐蚀性能好。主要合金元素有 铝、锌、锰、铈、钍 以及少量 锆或镉 等。 由于镁合金是密排六方结构 ,对称性低 ,其轴比 ( c / a)值为 近理想的密排值 1. 633,可开动的滑移系比面心立方和体心立方金属的少 ,使得镁合金的室温塑性较低 ,降低了成形能力 ,限制了变形镁合金的推广应用 。 因此 ,对镁合金超塑性的研究引起了各国学者的极大重视镁合金处于超塑性状态时具有优异的塑性和极小的变形抗力 ,从而有利于塑性加工形状复杂或变形量很大的零件可以一次成形 ,并且具有流动性高 ,填充性好 ,所需设备吨位小等优点由于超塑成形时没有发生弹性变形 ,因而成形后不会出现回弹且工件尺寸精度高、表面粗糙度较小总而言之 ,超塑成形对于强度高而塑性差的材料尤为重要目前 ,对于镁合金超塑性的研究在超塑性能和变形机理方面取得了很大的成绩 ,而且一些超塑性工业镁合金已经进入到工业生产当中 。 目前使用最广的是镁铝合金 ,如 主要用于航空、航天、运输、化工等工业部 门 。 本研究中采用的合金材料是 号分别为 金和原材料的实际成分如下表所示: e 、 课题关键问题及难点 法是利用加工过程中存在的加工硬化、动态恢复以及动态再结晶来控制材料微观组织的形成和发展 ,从而达到细化晶粒提高材料性能的目的。在该方法中 ,利用两个相交的等径通道组成的挤压模具来分析 ,模具存在两个切角 :外切角、内切角 , 改变这两个切角会影响最 终试样所达到的变形量 。改变挤压过程的 挤压路线、挤压次数、挤压温度和挤压速度 来实现变形程度的改变。 因此,本课题的关键问题是:如何确定 外切角、内切角 的大小,及 挤压路线、挤压次数、挤压温度和挤压速度的选择。 其难点即设计挤压模具并通过各参数下的挤压试验,测定各个 合金试样的力学性能,并用 件模拟出其变化,从而得出剧烈塑性变形工艺对 三、调研报告(或文献综述) ( 1):镁合金及 镁合金因具有重量轻、比强度和比刚度高、优良 的阻尼性能、较好的尺寸稳定性和机械加工性能及较低的铸造成本等显著优点 , 广泛应用于航空航天、汽车和电子等行业。但镁合金密排六方的晶体结构决定了其较差的塑性变形能力 ,严重制约了镁合金的应用。如何提高镁合金的塑性变形能力已成为镁合金研究的热点。实践证明细化晶粒可改善镁合金的塑性变形能力。因此 , 越来越多的细化镁合金晶粒的工艺得到了深入的研究。其中等通道转角挤压技术 (大塑性变形技术 (发展最为迅猛的技术之一。 等 径角挤压 (简称 艺是一项新颖高效的高性能有色合金制备技术,其机理是通过强烈剪切应变的累积效应来显著细化晶粒组织,从而提高镁合金的成型性能。通过 构性能,进而获得超细晶结构的良好塑性的大体积金属材料。 与其他工艺相比 , 用生剧烈塑性变形的工艺并不复杂 , 且不改变工件的形状尺寸 , 可以连续多道次挤压来累积变形量达到细化晶粒的目的 , 能够制备出块状致密的超细结构材料 ,因而备受人们的关注。目前 术在铝及铝合金中的研究较多 , 而在镁合金方面的研究则相对较少。 ( 2): 1、 模 具结果 模具结构既决定每道次应变量的大小 ,又影响应变的均匀性 ,从而影响晶粒细化效果。与模具结构相关的几何参数中 ,内交角是影响应变量的最主要因素 ,其基本确定了单次变形的应变量 ,决定了晶粒细化的效果。镁合金作为难变形材料 ,在选取相应的时要充分考虑材料的变形难度。当过小时 ,一方面变形抗力大 ,挤压不易实现甚至损坏模具 ;另一方面试样表面经挤压后出现微观甚至宏观裂纹 ,无法再进行下一步挤压。而过大时 ,单次变形获得的等效应变小 ,晶粒细化效果不明显。外侧圆弧半径 越小 ,应变量越大 ,但过小会在外侧形成难变形区不利于组织的均匀化。为了提高应变的均匀性 ,可适当减小通道外侧圆弧半径 R;为了使试样挤压后仍保持相同的外形尺寸 ,则需要适当加大通道内侧圆弧半径 r。 2、挤压路线 根据相邻挤压道次间试样相对于模具的轴向旋转方向和角度的区别 ,等通道转角挤压的工艺路线主要分为 4种即 A(试样不旋转 )、 样旋转 90 ,方向交替改变 )、 样旋转 90 ,方向不改变 )、 C(试样旋转 180 )。采用不同的挤压路径可以改变试样内的剪切平面和剪切方向 ,影响晶粒的细化效果。 3、挤压次数 研究表明对于不同系列 的镁合金 ,无论何种路径 ,挤压 1 道次后 ,晶粒均可得到细化 ,但多为条带状。而后晶粒随挤压道次的增加逐渐变为细小的等轴晶。根据累积等效应变公式 ,随着挤压次数的增加 ,累积的塑性变形量就会越大 ,从 直观感觉来说 , 晶粒细化的程度应该更高 ,但试验的结果并不是这样,出现这种结果是和塑性变形过程中位错的增殖、湮灭及回复作用分不开的。当变形量不大时 ,位错密度较小 ,金属内积聚的内能也较小 ,这时位错的湮灭速度小于增殖速度 ,从总的效果看是位错在增加。随着位错密度的增大 ,在晶粒内部出现了大量的小角度晶界 ,随着应变量的进一步加大 ,这些 小角度晶界转变为大角度晶界 ,在晶粒内部出现亚晶粒 ,组织被细化。但这种细化作用并不是随着应变量的继续增大而不断细化。当位错的增殖速度和湮灭速度平衡时 ,细化作用就慢慢减弱 ,此时晶粒尺寸会达到一个稳定的数值 。 4、挤压温度和挤压速度 挤压温度对镁合金的显微组织和力学性能也有一定的影响 :温度的升高会减弱晶粒的细化效果。因为过高温度下晶粒的长大抵消了晶粒的细化效果 ,高温下回复更易发生 ,使位错消失的速度加快 ,不利于大角度晶界的形成。但是过低的温度又会引起镁合金表面开裂 ,甚至无法实现挤压。在 若挤压温度低于 473过高的温度会引起再结晶和晶粒长大 ,减弱晶粒细化效果 四、方案论证 等 径 角挤压 (简称 艺是一项新颖高效的高性能有色合金制备技术,其机理是通过强烈剪切应变的累积效应来显著细化晶粒组织,从而提高镁合金的成型性能。通过 构性能,进而获得超细晶结构的良好塑性的大体积金属材料。 等 径 角挤压是将多晶试样多次压入一个特别设计的模具中 ,不改变材料的横截面面积和截面形状 ,使材料通过多次定向均 匀的剪切变形 ,以实现非常大的累积变形量而使晶粒细化到微米、亚微米及纳米级尺度 超细晶材料具有高强度高塑性的力学性能以及较低温度下的高应变速率加工超塑性 。 我们 采用模角 = 120的模具、以 角挤压试验研究 ,对挤压过程中各道次试样 力学性能进行 测试 ,以得出在剧烈塑性变形下 析 。 五、进度安排 1 2 周 查阅有关资料,调研,写出开题报告 3 4 周 毕业实习 5 6 周 模拟前准备, 件的了解、学习 7 8 周 模具设计与建模 9
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