【摘要】：鎂合金具備低密度,高比強(qiáng)度,高比剛度等優(yōu)點(diǎn),作為潛在的結(jié)構(gòu)材料代替鋼鐵、鋁合金,被廣泛應(yīng)用在航空航天、運(yùn)輸系統(tǒng)、通用機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域。如何制備低成本、高機(jī)械性能的鎂合金管是鎂合金材料研究的核心問題。鎂合金的密排六方晶體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其塑性變形能力差,加工時溫降快,傳統(tǒng)的擠壓和拉拔鎂合金管易出現(xiàn)裂紋等缺陷,易產(chǎn)生強(qiáng)基面或纖維織構(gòu),致使管各向異性特征強(qiáng)化,嚴(yán)重影響管力學(xué)性能與工藝成形性能。此外,傳統(tǒng)生產(chǎn)鎂合金無縫管的工藝效率低、環(huán)境污染和能耗嚴(yán)重。針對現(xiàn)有的鎂合金無縫管加工存在的缺陷問題,本文首次提出AZ31鎂合金無縫管斜軋穿孔新工藝,研究其成形機(jī)理和塑性變形理論,主要研究內(nèi)容為:(1)首先基于鎂合金三輥斜軋穿孔工藝原理及成形過程,構(gòu)建了主要變形工具的曲面設(shè)計方程,借鑒鎂合金板材軋制數(shù)學(xué)模型構(gòu)建了適合斜軋穿孔的溫度場模型、損傷模型及軋制力模型,運(yùn)用到后續(xù)模擬鎂合金穿孔過程中,為鎂合金能順利斜軋穿孔提供理論基礎(chǔ)。(2)從鎂合金材料本身出發(fā),研究其在熱成形過程中的熱變形行為并構(gòu)建精確的本構(gòu)模型。對擠壓態(tài)鎂合金進(jìn)行了不同變形條件下的熱壓縮試驗,基于加工硬化與軟化機(jī)制,分析溫度和應(yīng)變速率對流變行為及峰值應(yīng)力的影響,考慮變形中溫升對流變應(yīng)力的影響,在高應(yīng)變速率下采用溫度補(bǔ)償修正流變應(yīng)力。運(yùn)用雙曲正弦模型構(gòu)建不同范圍的本構(gòu)模型,并采用應(yīng)變補(bǔ)償修正,獲得流變應(yīng)力與溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)變的定量關(guān)系。(3)構(gòu)建能量耗散圖,判定其熱加工失穩(wěn)區(qū),然后疊加能量耗散圖與失穩(wěn)區(qū)建立鎂合金熱加工圖,準(zhǔn)確預(yù)報鎂合金在熱加工過程中穩(wěn)態(tài)加工區(qū)及流變失穩(wěn)區(qū),從而優(yōu)化其加工工藝參數(shù),結(jié)合不同變形條件下的微觀組織分析,得到不同區(qū)域的變形機(jī)理。(4)研究了鎂合金高溫變形過程中組織演變規(guī)律,以及溫度、應(yīng)變速率、變形量對動態(tài)再結(jié)晶過程的影響規(guī)律。構(gòu)建動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變模型、動力學(xué)模型和晶粒尺寸模型,同時預(yù)測熱加工過程中組織晶粒大小變化,通過分析溫度、變形量對織構(gòu)的形成及組分的影響規(guī)律,得到不同溫度、變形量下可能出現(xiàn)的織構(gòu)類型及產(chǎn)生機(jī)理,為后續(xù)鎂合金斜軋穿孔工藝組織控制提供模型及理論基礎(chǔ)。(5)選擇不同溫度和斜軋穿孔工藝參數(shù)進(jìn)行組合,運(yùn)用Deform有限元法對Φ40mm×300mm鎂合金棒料的斜軋穿孔過程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了鎂合金管在三輥斜軋穿孔過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度場及力能數(shù)據(jù)變化。深入分析溫度、徑向壓縮量和頂頭直徑及前伸量對毛管質(zhì)量的影響,得到鎂合金斜軋穿孔合適的各工藝參數(shù)范圍。(6)為驗證鎂合金斜軋穿孔工藝的可行性,在三輥斜軋實驗機(jī)組上進(jìn)行鎂合金斜軋穿孔工藝試驗研究。對斜軋過程中的力能參數(shù)進(jìn)行了測試,并將實驗結(jié)果與理論分析、有限元模擬進(jìn)行了比較驗證。對軋后樣品進(jìn)行宏觀和微觀分析,對比實驗結(jié)果驗證動態(tài)再結(jié)晶模型,并對毛管進(jìn)行力學(xué)性能測試,分析了不同工藝參數(shù)、晶粒尺寸及取向?qū)ζ溆绊?提出考慮Schmid因子的Hall-Petch關(guān)系式。
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG335.71
【圖文】：

圖 1.1 鎂合金主要的滑移系[7]a> 基面；（b）<a> 柱面；（c）<a> 錐面；（d）<c+Fig.1.1 Independent slip systems of magnesium alloysal-<a>; (b) Prismatic-<a>; (c) Pyramidal-<a>; (d) Pyramids 準(zhǔn)則，像鎂合金這種多晶材料，必須具備 5 個以塑性變形，其獨(dú)立滑移系如表 1.1 所示。室溫下，啟動，不能滿足 Von-Mises 準(zhǔn)則。通常情況下，晶引入取向因子，即 Schmid 因子衡量變形難易，其塑性變形是由剪切力引起的，當(dāng)數(shù)值達(dá)到特定值力(Critical resolved shear stress，CRSS)。室溫下，相差較大，分別達(dá)到 0.6-0.7Mpa 和 40Mpa[8-11]。所是{0001} <11-20>基面滑移，當(dāng)存在較高的應(yīng)力集動。鎂合金對溫度特別敏感，隨著溫度的升高其各，鎂合金的基面滑移與非基面滑移的 CRSS 相差不

圖 1.2 鎂合金中 a 滑移、c+a 滑移[14]Fig.1.2 a and c+a slip systems in magnesium alloy[14]表 1.1 鎂合金的獨(dú)立滑移系Tab.1.1 Independent slip systems in magnesium alloys滑移系 滑移面 滑移方向 獨(dú)立滑移系數(shù)量基面滑移 (0001) <11-20> 2棱柱面滑移{10-10}<11-20> 2{11-20}錐面滑移{10-11} <11-20> 4{11-21}<11-23> 5{11-22}機(jī)制孿晶主要有兩種形成方式：塑性變形形成變形孿晶；晶體形核及和相變孿晶等。鎂合金孿晶變形所需的 CRSS 值要比相應(yīng)滑移的

鎂合金無縫管斜軋穿孔成形機(jī)理與實驗研究金孿生動態(tài)再結(jié)晶機(jī)制，如圖 1.3 所示。 是晶粒形核和長大的過程。高溫時，在位錯密度較高的區(qū)域鎂合遷移，形成不規(guī)則的晶界。故在晶界處形成高的應(yīng)變梯度，非基面在基面和非基面位錯交割下形成亞晶。隨著應(yīng)變的增大，小角度角度晶界。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 崔崇亮;洪曉露;孫廷富;田野;吳岳壹;朱秀榮;;鎂合金變形織構(gòu)的研究進(jìn)展[J];兵器材料科學(xué)與工程;2015年04期

2 皇甫強(qiáng);于振濤;韓建業(yè);袁思波;余森;張亞峰;劉春潮;韓魁;;鎂合金細(xì)徑薄壁管材加工組織與性能研究[J];稀有金屬材料與工程;2014年S1期

3 楊海波;胡水平;;軋制參數(shù)對AZ31鎂合金織構(gòu)和室溫成形性能的影響[J];中國有色金屬學(xué)報;2014年08期

4 于洋;張文叢;段祥瑞;;AZ31鎂合金細(xì)管靜液擠壓工藝及組織性能分析[J];粉末冶金技術(shù);2013年03期

5 李強(qiáng);張超逸;花福安;于寶義;;三輥軋制鎂合金薄壁管成形工藝及微觀組織[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2013年04期

6 張真;汪明樸;李樹梅;蔣念;胡海龍;郝詩夢;;熱軋過程中AZ31鎂合金的組織及織構(gòu)演變[J];中國有色金屬學(xué)報;2010年08期

7 肖梅;周正;黃光杰;汪炳叔;;AZ31鎂合金的熱變形行為及加工圖[J];機(jī)械工程材料;2010年04期

8 歐陽德來;魯世強(qiáng);崔霞;董顯娟;吳超;邱偉;;應(yīng)用加工硬化率研究TA15鈦合金β區(qū)變形的動態(tài)再結(jié)晶臨界條件[J];航空材料學(xué)報;2010年02期

本文編號：2807241