5083铝合金的超塑性研究

论文摘要

轨道车辆的轻量化要求采用轻合金材料,但轻合金材料在冷态下成形塑性较差难以精密成形零件。目前解决轻合金精密成形最有效的方法之一就是采用超塑成形工艺技术。本文采用高温单向拉伸试验方法,考察不同温度及应变速率条件对5083防锈铝合金板料高温流变应力和延伸率的影响。试验结果表明,流变应力均表现为随温度的升高或应变速率的降低而减小,延伸率在高温时表现出随应变速率增大而减小的趋势,温度越高,延伸率对应变速率的降低趋势越显著。基于Arrhenius方程拟合流变应力、应变速率和温度等参数的本构方程,将应变因素引入Arrhenius方程,并对Zener-Hollomon参数添加应变速率补偿因子,得到了改进的Arrhenius方程,新方程拟合得到的数据与试验数据在一定的温度范围和流变应力的大部分区域有较好的吻合。空洞是引起合金超塑性变形失效的重要原因,影响成形件的机械性能。本文分别测试了在单拉和胀形情况下5083铝合金的空洞体积分数,采用施加背压的方法研究了静水压力对超塑成形空洞的抑制作用,发现静水压力对空洞有显著的抑制作用,能大量减少空洞的总密度。利用大型非线形有限元软件MSC.Marc对超塑成形过程进行模拟仿真,并与试验结果进行比对,达到较好的一致性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 超塑性概述
• 1.2.1 超塑性变形的特点
• 1.2.2 超塑性变形机理的研究进展
• 1.3 超塑性及超塑成形发展趋势
• 1.4 铝合金超塑性应用概述
• 1.4.1 铝合金超塑性的发展
• 1.4.2 铝合金超塑性的工业应用
• 1.4.3 AA5083 的超塑性研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章AA5083 超塑性力学性能试验研究
• 2.1 高温等应变速率拉伸试验
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备和试验方法
• 2.1.3 试验结果与讨论
• 2.2 应变速率敏感性指数的解析及求解
• 2.2.1 应变速率敏感性指数的力学涵义
• 2.2.2 应变速率敏感性指数的求解
• 2.3 本章小结
• 第三章 AA5083 高温拉伸本构拟合
• 3.1 高温流变本构方程
• 3.2 Arrhenius 本构方程中各参数的求解
• 3.3 Arrhenius 本构方程的校验及参数修正
• 3.4 本章小结
• 第四章 超塑成形中的空洞现象和静水压力对空洞的抑制
• 4.1 AA5083 超塑性变形空洞的试验观察和分析
• 4.2 超塑成形中空洞的演变规律
• 4.2.1 空洞形核的理论分析
• 4.2.2 空洞长大机制的探讨
• 4.3 静水压力对超塑成形中空洞的抑制
• 4.4 本章小结
• 第五章 超塑成形有限元模拟
• 5.1 超塑性有限元理论
• 5.1.1 板料成形数值模拟的发展
• 5.1.2 刚粘塑性有限元理论
• 5.2 超塑性成形有限元模拟
• 5.2.1 几何模型及单元选择
• 5.2.2 材料模型
• 5.2.3 摩擦条件
• 5.2.4 压力控制
• 5.3 超塑成形模拟仿真与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果及发表的学术论文