【摘要】：隨著我國環(huán)境問題的日益突出,工業(yè)上對汽車、軌道交通、航空航天、船舶等行業(yè)的節(jié)能減排需求不斷提高,交通載體的輕量化設計已經(jīng)成為了重要的發(fā)展趨勢和研究熱點。鎂合金材料作為最輕的金屬結(jié)構材料,具有比強度高、比剛度高、易切削加工、易回收等優(yōu)點,在工程應用中得到了越來越多的關注。然而,鎂合金材料為密排六方結(jié)構,其室溫下塑性加工性能較差。因此,目前鎂合金的塑性成形工藝主要以熱變形為主,如熱軋制、熱鍛和熱擠壓等。在上述熱成形工藝中,熱擠壓成形具有經(jīng)濟、方便、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,而且所獲得的鎂合金型材擁有良好的微觀組織和力學性能。分流模擠壓是生產(chǎn)空心類鎂合金型材的主要方式。分流模擠壓過程中,材料經(jīng)歷分流、焊合、擠出等過程,材料的流動和微觀組織的演變比較復雜,而且將在型材整個長度上形成若干條縱向焊縫。目前,國內(nèi)外關于鎂合金擠壓成形的研究主要集中在平模擠壓,而較少的關注了鎂合金分流模的擠壓成形,尚未明確分流模擠壓過程中鎂合金微觀組織和力學性能的變化規(guī)律。針對以上問題,本文以AZ31鎂合金為研究對象,開展了分流模擠壓實驗和相關的數(shù)值模擬工作,對鎂合金分流模擠壓工藝及擠出型材的微觀組織和力學性能進行了深入研究。本文主要研究內(nèi)容包括以下三個方面:(1)在380 ℃溫度和0.1 mm/s擠壓速度的條件下,開展了 AZ31鎂合金分流模擠壓實驗,實驗后將模具型腔內(nèi)的材料取出�；贒eform3D數(shù)值模擬結(jié)果,獲得了焊縫區(qū)和基體區(qū)的流線位置,并在兩條流線上各選取了若干個特征點進行微觀組織表征�；谝陨辖Y(jié)果,深入分析了焊縫區(qū)和基體區(qū)流線上AZ31鎂合金材料的晶粒形貌、晶粒尺寸、織構等微觀組織的演變規(guī)律。(2)在不同溫度條件下,開展了 AZ31鎂合金分流模擠壓實驗,對擠出型材進行了微觀組織觀察,并利用拉伸試驗對型材的焊縫質(zhì)量進行了表征�；贒eform3D的模擬結(jié)果,對型材微觀組織的分布特點進行了合理的解釋,進而利用Q準則和J準則對型材焊縫質(zhì)量進行預測與評估。結(jié)合微觀組織、拉伸試驗和數(shù)值模擬等結(jié)果,提出了型材的力學性能不僅和焊合質(zhì)量有關,而且和焊縫區(qū)的微觀組織有很大的關系。(3)利用鑄造態(tài)、均質(zhì)態(tài)和擠壓態(tài)AZ31鎂合金作為初始坯料,開展了分流模擠壓實驗。對所獲得的擠出型材進行微觀組織分析和力學性能測試,研究發(fā)現(xiàn),第二相粒子在分流模擠壓過程中能明顯促進鎂合金的動態(tài)再結(jié)晶過程,從而起到細化晶粒和弱化織構的效果。由于鑄態(tài)坯料的擠出型材具有明顯細化的晶粒和弱化的變形織構,該型材表現(xiàn)出更加優(yōu)良的力學性能。
【圖文】：

逑壓筒、分流孔、焊合室、工作帶等位置處的材料進行微觀組織表征和分析。因此，，逡逑在模具冷卻后，利用鉆取、線切割等方法將模具型腔內(nèi)的殘余金屬取出。圖２－２逡逑給出了所取出的模具型腔內(nèi)的殘余金屬，從左至右為擠壓方向。逡逑Ｉ－一＇逡逑邐？ＥＤ逡逑圖２－２剖取的模具內(nèi)坯料金屬的宏觀圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｍａｃｒｏｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｒｅｓｅｒｖｅｄ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｉｎｓｉｄｅ邋ｔｈｅ邋ｄｉｅ邋ｃａ＼邋ｉｔ＼７．逡逑分流模擠壓過程中，材料經(jīng)歷微鐓粗、分流、焊合、擠出等多個階段，材料逡逑的流動行為和變形規(guī)律比較復雜，并且存在嚴重的變形不均勻性。為了研宄不同逡逑材料流動路徑條件下微觀組織的演變機理，本文選取了兩條金屬流線進行重點分逡逑析。如圖２－３所示，靠近焊縫處的流線和遠離焊縫處的流線分別命名為ＷＺＬ逡逑（Ｗｅｌｄｉｎｇ邋Ｚｏｎｅ邋Ｌｉｎｅ）和邋ＭＺＬ邋（Ｍａｔｒｉｘ邋Ｚｏｎｅ邋Ｌｉｎｅ）。兩條流線在分流模擠壓過逡逑程中不交叉且保持在一定距離，并且兩條流線上的材料流動變形狀態(tài)存在明顯差逡逑別。ＷＺＬ流線因靠近分流橋而有更長的變形路徑，并且在分流焊合過程中經(jīng)歷逡逑了更為劇烈的剪切變形。因此

坯料則應變速率較小。此外，在焊合階段，流動坯料的應變速率呈現(xiàn)出先上升后逡逑下降的梯度變化的趨勢。這說明，分流模擠壓的焊合階段是一個坯料金屬發(fā)生劇逡逑烈塑性變形的過程。從圖２－６邋（ｂ）中可以看出，擠出型材的焊縫處具有更高的等逡逑效應變，并且等效應變沿垂直于焊合面的橫向呈現(xiàn)梯度性下降分布。這是因為沿逡逑焊縫流線方向的鎂合金坯料相較于沿基體區(qū)流線的坯料發(fā)生了更為劇烈剪切塑逡逑性變形并積累了更多的等效應變，因此，其所積累的等效應變更大。逡逑Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｒａｔｅ邐Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋ｓｔｒａｉｎ逡逑０．０５００邋＿邐１０．０邋ｍ逡逑５．００邋｜逡逑°－０，２５ｌ邐２－５０ｌ邐１１１逡逑０．００６３１邐１．２５邋Ｉ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２－６分流模擠壓過程材料的等效應變速率及等效應變分布的數(shù)值模擬結(jié)果逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－６邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｆｆｅｃｔｉ＼邋ｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｒａｔｅ邋ａｎｄ邋ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｐｏｒｔｈｏｌｅ邋ｄｉｅ邋ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ逡逑ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｎｕｍｅｒｉｃａｌ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．逡逑２．５實驗結(jié)果與分析逡逑２．５．１均質(zhì)態(tài)ＡＺ３１鎂合金微觀組織逡逑鑄造態(tài)和均質(zhì)態(tài)ＡＺ３１鎂合金材料經(jīng)過拋光腐蝕后，對其微觀組織進行了金逡逑相觀察，結(jié)果如圖２－７所示。從圖中可以看出，鑄態(tài)組織中可見粗大的直徑約為逡逑１００邋ｊａｍ的等軸晶，在晶粒邊界和晶粒內(nèi)部分布著粗大的直徑約為２￣１０邋｜ａｍ的圓逡逑形第二相粒子。根據(jù)前人的研宄
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.22;TG379

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

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相關博士學位論文 前1條

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本文編號：2604267