铝镁叠层复合材料力学性能计算与轧制复合工艺

论文摘要

Al/Mg/Al叠层复合材料,既弥补了镁合金耐蚀性差、耐磨性差等缺点,又兼具了两种合金的优异性能,具有广阔的应用前景。本文采用经典叠层复合材料理论计算了Al/Mg/Al叠层复合材料力学性能,利用有限元分析了7075Al/AZ31 Mg/7075 Al叠层复合材料的轧制咬入和轧制过程,通过热轧法制备了7075Al/AZ31 Mg/7075 Al叠层复合材料并测试其性能,研究了结合机理,并分析了轧制温度、压下率对界面结合强度的影响。采用经典叠层板理论与最大应力法可预测轧制制备的Al/Mg/Al叠层复合材料的拉伸强度,误差范围4%-16%。Al/Mg/Al叠层复合材料的拉伸刚度、弯曲刚度、拉伸比刚度、拉伸强度和拉伸比强度随着铝合金相对厚度的增加而增加,弯曲比刚度则先增加后降低。考虑多层板轧制咬入条件时,不仅要考虑单层板咬入条件,还需要考虑驱动镁合金板与铝合金板一起运动的条件。平直端板坯组合不能咬入,锲形端的板坯组合能够顺利咬入。在所研究的压下率和轧制温度范围内,铝合金与镁合金能在轧制过程中形成初步结合。压下率越大,轧制过程中形成的初步界面结合强度越大,但是已形成的结合受到破坏的程度也越大。轧制温度升高对已形成的初步结合同样具有正负两方面的影响。压下率大于50%,7075铝合金与AZ31镁合金才能最终实现复合。叠层复合材料的结合强度随压下率和轧制温度的增大而降低。制备的7075Al/AZ31Mg/7075Al叠层复合材料结合强度最高达到了65MPa。较合理的轧制工艺为：400℃预热后单道次压下率60%。铝合金与镁合金的界面结合过程分为三阶段：表面裂口阶段、机械结合阶段、原子互扩散阶段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 金属叠层复合材料的特点及制备方法
• 1.1.1 金属叠层复合材料的特点及应用
• 1.1.2 金属叠层复合材料的制备方法
• 1.2 轧制复合金属叠层复合材料的研究现状
• 1.2.1 轧制复合的实验研究现状
• 1.2.2 轧制复合有限元模拟的研究现状
• 1.3 铝镁叠层复合材料的研究现状
• 1.4 本课题目的、意义及主要研究内容
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 铝镁叠层复合材料的力学性能计算
• 2.2.2 轧制制备铝镁叠层复合材料的有限元模拟
• 2.2.3 轧制制备铝镁叠层复合材料的实验研究
• 3 铝镁叠层复合材料性能计算
• 3.1 铝镁叠层复合材料性能设计方法
• 3.1.1 铝镁叠层复合材料刚度理论计算
• 3.1.2 铝镁叠层复合材料强度计算方法
• 3.1.3 实验材料参数
• 3.2 铝镁叠层复合材料拉伸强度验证
• 3.3 铝镁叠层复合材料刚度计算结果及讨论
• 3.4 铝镁叠层复合材料强度计算结果及讨论
• 3.5 本章小结
• 4 轧制制备铝镁叠层复合材料有限元模拟
• 4.1 有限元模拟的前处理设置
• 4.1.1 轧制复合咬入条件的模拟前处理设置
• 4.1.2 轧制复合过程的模拟前处理设置
• 4.2 轧制复合咬入模拟分析
• 4.2.1 平直端咬入模拟分析
• 4.2.2 锲形端咬入模拟分析
• 4.3 压下率对轧制复合影响的模拟分析
• 4.3.1 压下率对形成初步结合的影响
• 4.3.2 压下率增加对初步结合的破坏作用
• 4.4 轧制温度对轧制复合的模拟分析
• 4.4.1 轧制温度对形成初步结合的影响
• 4.4.2 轧制温度升高对初步结合的破坏作用
• 4.5 本章小结
• 5 轧制制备铝镁叠层复合材料的结合强度
• 5.1 铝镁叠层复合材料结合宏观分析
• 5.2 铝镁轧制复合结合机理分析
• 5.3 压下率对铝镁叠层复合材料结合强度的影响
• 5.4 轧制温度对铝镁叠层复合材料结合强度的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录