本文關(guān)鍵詞： Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr合金 本構(gòu)模型 熱加工圖 熱擠壓 顯微組織 力學(xué)性能　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鎂合金以其低密度、高比強(qiáng)度和其他優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用在航空航天、汽車及電子等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)和國防建設(shè)的提高,對于高性能輕質(zhì)鎂合金的需求也越來越大。一方面,稀土元素對鎂合金強(qiáng)化效果顯著,但成本問題始終制約稀土鎂合金的應(yīng)用發(fā)展;另一方面,變形鎂合金表現(xiàn)出優(yōu)于鑄造鎂合金的力學(xué)性能。為滿足對低成本耐熱鎂合金的強(qiáng)烈需求,本文自主開發(fā)出Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr新型合金,并研究其熱變形行為,為制定該合金的熱加工工藝提供理論指導(dǎo)。本文以自主開發(fā)的Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr合金為研究對象,以Gleeble等溫壓縮實(shí)驗為基礎(chǔ),研究了該合金熱變形過程的本構(gòu)模型和熱加工圖,基于熱加工圖探討了合金的熱擠壓工藝,并進(jìn)行了組織分析和力學(xué)性能測試。主要研究內(nèi)容如下:(1)通過等溫壓縮實(shí)驗繪制出Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr合金在溫度350-450°C、應(yīng)變速率0.001-1s-1變形條件下的真應(yīng)力應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)流變應(yīng)力隨著溫度上升或應(yīng)變速率降低而減小。根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù),首先構(gòu)建了該合金峰值應(yīng)變條件下的Arrhenius本構(gòu)方程,然后通過對材料參數(shù)的擬合,建立了一般應(yīng)變條件下的應(yīng)變補(bǔ)償型Arrhenius本構(gòu)方程。通過本構(gòu)方程的預(yù)測應(yīng)力值與實(shí)驗應(yīng)力值對比,表明本構(gòu)方程的有效性。(2)基于Matlab軟件平臺,以應(yīng)變速率、溫度和應(yīng)變作為輸入,以流變應(yīng)力作為輸出,通過設(shè)置合理的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù),創(chuàng)建Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr合金的流變應(yīng)力本構(gòu)關(guān)系模型,然后用遺傳算法和粒子群算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值,建立了合金本構(gòu)關(guān)系的GA-BP模型和PSO-BP模型。(3)建立了該合金基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和Muthy失穩(wěn)準(zhǔn)則的熱加工圖。綜合應(yīng)變對于熱加工圖的影響,建立起該合金的三維加工圖。根據(jù)加工圖中功率耗散因子和失穩(wěn)區(qū)的分布,同時結(jié)合合金熱W'縮過程的微觀組織分析,確定了合金的最佳工藝參數(shù)。(4)以加工圖給出的最佳溫度與應(yīng)變速率為目標(biāo),通過對不同初始溫度與擠壓速度的擠壓過程進(jìn)行數(shù)值模擬,獲得最佳擠壓工藝參數(shù)。另外,對擠壓態(tài)合金進(jìn)行微觀組織分析和力學(xué)性能測試,并與鑄態(tài)合金進(jìn)行對比。
[Abstract]:Magnesium alloys are widely used in aerospace, automotive and electronic fields because of their low density, high specific strength and other excellent properties. On the one hand, the effect of rare earth elements on magnesium alloy strengthening is remarkable, but the cost problem has always restricted the development of rare earth magnesium alloy application, on the other hand, The mechanical properties of wrought magnesium alloys are superior to those of cast magnesium alloys. In order to meet the strong demand for low cost heat-resistant magnesium alloys, a new type of Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr alloy was developed and its hot deformation behavior was studied. In order to provide theoretical guidance for drawing up the hot working process of the alloy, the constitutive model and hot working diagram of the alloy during hot deformation were studied on the basis of the Gleeble isothermal compression experiment and the self-developed Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr alloy. Based on the hot working diagram, the hot extrusion process of the alloy is discussed. The microstructure and mechanical properties of Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr alloy were analyzed and tested. The main contents are as follows: (1) the true stress-strain curve of Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr alloy at 350-450 擄C, strain rate 0.001-1s-1 was drawn by isothermal compression experiment. It is found that the flow stress decreases with the increase of temperature or the decrease of strain rate. According to the experimental data, the Arrhenius constitutive equation under the peak strain condition of the alloy is first constructed, and then the fitting of the material parameters is carried out. The strain compensated Arrhenius constitutive equation under the general strain condition is established. By comparing the predicted stress value of the constitutive equation with the experimental stress value, it is shown that the constitutive equation is effective and based on the Matlab software platform. Temperature and strain are taken as input and rheological stress is taken as output. By setting reasonable parameters of BP neural network, the constitutive model of rheological stress of Mg-4Sm-2Zn-0.5Zr alloy is established. Then genetic algorithm and particle swarm optimization algorithm are used to optimize the weight and threshold of BP neural network. The GA-BP model and PSO-BP model of the constitutive relation of the alloy are established. The hot working diagram of the alloy based on the neural network model and the Muthy instability criterion is established. The influence of the comprehensive strain on the hot working diagram is obtained. According to the distribution of the power dissipation factor and the instability zone in the machining diagram, the microstructure of the hot W' shrinkage process of the alloy was analyzed. The optimum processing parameters of the alloy are determined. The optimum temperature and strain rate given in the machining diagram are taken as the goal. The optimum extrusion process parameters are obtained by numerical simulation of the extrusion process at different initial temperatures and extrusion speeds. The microstructure and mechanical properties of the extruded alloy were analyzed and compared with the as-cast alloy.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.22;TG379

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本文編號：1542541