ZK60镁合金等温挤压成形及组织性能变化规律研究

论文摘要

镁合金比重小,密度轻,有着高的比强度和比刚度,是21世纪最重要的轻量化材料之一。镁合金自身强度低、耐蚀性差、高温性能差等缺点限制了其应用,特别是镁合金塑性差使得其产品主要为铸造成形。随着航空、汽车、国防、电子工业的开发和进展,迫切需要开发高性能镁合金产品与塑性成形新工艺。因此,积极探索改善镁合金的力学性能和成形性能的途径,对于推动镁合金材料的应用并发挥其性能优势具有重要意义。本文正是以变形镁合金中强度最高的ZK60为研究对象,探索一种镁合金等温挤压成形的工艺方法,成形形状较复杂,组织性能,机械强度良好的镁合金零件。并通过各种材料测试手段探索等温挤压成形过程中材料塑性成形机制的作用规律。为镁合金塑性变形提供一定的工艺指导和实验根据。对此主要做了以下工作：设计制造了ZK60镁合金等温精密成形试验模具、加热系统、温度控制系统以及简易脱模机构,把模膛设计成炉膛,可用来加热坯料,此模具的加热速度快,保温性能良好。基于DEFORM-3D有限元模拟软件的平台,对ZK60镁合金罩体零件反挤压成形进行了三维有限元分析,分析了成形过程中的等效应变和等效应力及金属流动速度,揭示了罩体成形规律。根据ZK60镁合金罩体零件的工艺特点设计了零件挤压件,确定了坯料尺寸,利用所构造的等温挤压装置进行了ZK60镁合金罩体的等温精密成形实验,获得了成形良好的ZK60镁合金罩体的挤压成形样品。从试验得出ZK60镁合金在挤压速度为0.5mm/s、变形温度为410℃左右条件下,挤压力小、成形性能好、生产效率高。对在不同温度下挤压得到的镁合金罩体零件进了显微组织观察和硬度测试,揭示了挤压过程中挤压组织演化规律。挤压制品的组织特点是不均匀,挤压过程中发生了动态再结晶。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁及镁合金概述
• 1.1.1 镁的特点
• 1.1.2 镁合金性能及分类
• 1.1.3 ZK60变形镁合金
• 1.2 镁合金塑性变形
• 1.2.1 镁合金塑性变形机制
• 1.2.2 镁合金塑性成形特点
• 1.3 镁合金固态挤压成形
• 1.3.1 镁合金挤压工艺
• 1.3.2 镁合金挤压研究现状
• 1.3.3 镁合金等温挤压工艺
• 1.4 有限元法在挤压中的应用
• 1.5 本论文的研究意义、目的及内容
• 1.5.1 研究意义和目的
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 试验过程及方法
• 2.1 试验方案及试验装置
• 2.1.1 试验技术方案设计
• 2.1.2 试验装置设计
• 2.2 试验材料及挤压坯料
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 挤压坯料
• 2.3 组织分析及性能测试
• 2.3.1 试样制备
• 2.3.2 金相分析
• 2.3.3 硬度测试
• 2.4 有限元模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 镁合金等温挤压有限元模拟
• 3.1 有限元基本理论
• 3.1.1 刚塑性有限元基本思想
• 3.1.2 刚塑性材料的边值问题
• 3.1.3 金属体积成形的有限元模拟特点
• 3.1.4 DEFORM-3D数值模拟软件简介
• 3.2 镁合金等温挤压成形过程模拟
• 3.2.1 有限元模型的建立
• 3.2.2 有限元模拟前处理设置
• 3.3 模拟结果与分析
• 3.3.1 挤压力行程曲线
• 3.3.2 变形等效应力场分析
• 3.3.3 变形等效应变场分析
• 3.3.4 变形速度场分析
• 3.4 不同温度下的等温挤压过程模拟
• 3.4.1 挤压力行程曲线
• 3.4.2 不同温度挤压成形等效应变分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 镁合金罩体零件的等温挤压成形研究
• 4.1 挤压件工艺特点及挤压件设计
• 4.2 挤压模具结构设计
• 4.2.1 挤压凸凹模设计
• 4.2.2 挤压模具装配图
• 4.2.3 简易脱模机构的设计
• 4.3 挤压工艺参数的确定
• 4.3.1 挤压温度的确定
• 4.3.2 挤压速度的确定
• 4.3.3 模具预热温度的确定
• 4.3.4 润滑剂的选择
• 4.4 挤压设备的选择
• 4.5 试验结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 挤压温度对零件组织性能的影响
• 5.1 ZK60镁合金铸态显微组织
• 5.2 镁合金挤压制品的组织与性能
• 5.2.1 镁合金挤压组织的演化
• 5.2.2 镁合金挤压组织的特点
• 5.2.3 影响镁合金挤压组织的因素
• 5.3 温度对挤压件显微组织的影响
• 5.4 温度对等温挤压件的硬度的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间研究成果