喷射沉积7075/SiC_p铝基复合材料挤压变形的数值模拟

论文摘要

喷射沉积技术作为一种先进的材料制备新技术,己经被广泛应用于制备合金及金属基复合材料。然而喷射沉积材料通常存在一定量的孔隙,颗粒表面存在一定厚度的氧化膜,颗粒之间未能完全达到良好的冶金结合状态,因此需要进行后续致密化和塑性变形才能获得理想的组织和性能。本文对喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料的致密化和塑性变形规律及机理进行了深入的研究。通过对喷射沉积材料的压缩和挤压变形规律及断裂行为的研究,揭示了变形工艺条件对多孔材料变形行为和断裂行为的影响规律。本论文的主要研究内容和研究结论如下:(1)采用Deform 2D有限元软件对喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料挤压变形进行了数值模拟。挤压比为4~100,锭坯预热温度为300~450℃,挤压杆速度为2~20 mm/s。结果表明:在挤压变形区内应力及温度变化剧烈,且在模具入口处均出现最大值;挤压比和挤压速度越大,应力也越大,温度效应也越显著;喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料最佳挤压条件为:锭坯预热温度350～400℃、挤压比16～50、挤压杆速度5～15 mm/s。(2)通过Deform 2D有限元软件对喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料的平面应变和轴对称挤压有限元模拟表明:与平面应变挤压相比,轴对称挤压过程中金属流动比平面应变均匀,死角区要小,致密速度快,但其单位面积挤压力比平面应变挤压单位挤压力要高。正的平均应力使相对密度降低,负的平均应力(静水压力)使相对密度升高,且静水压力越大,致密速度愈快。初始相对密度不仅对挤压力有影响,而且对等效应变也有影响。模角越大,进入平稳挤压阶段所需时间越短;随着模角的减小,金属流动趋于均匀,死区逐渐减小,挤压力也逐渐减小。随着锭坯预热温度的降低,致密速度加快。(3)采用试验和数值模拟相结合的方法从宏、细观力学角度研究了喷射沉积7075/SiCp铝基复合材料的压缩变形行为,并通过工艺实验验证了模拟分析的正确性,对复合材料中增强颗粒转动和折断行为的研究表明:挤压比和变形温度显著影响着压缩变形过程中增强颗粒转动和折断。挤压比越大,增强颗粒转动程度和断裂程度明显增大。此外,提高变形温度可以增强颗粒转动性,降低增强颗粒折断程度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 金属基复合材料发展概况
• 1.2 铝基复合材料的制备、特性及运用
• 1.2.1 SiC颗粒增强铝基复合材料的制备
• 1.2.2 金属基复合材料的特性
• 1.2.3 铝基复合材料的应用
• 1.3 多孔铝基复合材料的塑性变形与致密化行为研究现状
• 1.3.1 多孔金属材料的塑性变形研究现状
• 1.3.2 多孔铝基复合金属材料的致密化行为
• 1.3.3 多孔铝基复合金属材料的断裂行为
• 1.3.4 数值模拟在分析多孔金属材料塑性变形过程中的应用
• 1.4 有限元分析软件介绍
• 1.4.1 DEFORM 产品系列
• 1.4.2 DEFORM 系统结构
• 1.4.3 DEFORM 的功能
• 1.5 本文的目的、研究内容及研究意义
• 第2章 实验条件与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.3 显微组织观察
• p 铝基复合材料挤压变形条件对致密化的影响'>第3章 7075/SiC_p铝基复合材料挤压变形条件对致密化的影响
• 3.1 引言
• 3.2 刚塑性有限元法模拟可压缩材料模块的相关原理
• 3.2.1 刚塑性有限元概述
• 3.2.2 刚塑性材料有限元法基础
• 3.2.3 刚塑性多孔材料有限元法基础
• 3.3 有限元模拟结果及其分析
• 3.3.1 相对密度曲线分布规律
• 3.3.2 变形方式的影响
• 3.3.3 初始相对密度的影响
• 3.3.4 挤压比的影响
• 3.3.5 模角的影响
• 3.3.6 挤压温度对铝基复合材料变形致密化的影响
• 3.4 本章小结
• p 铝基复合材料挤压变形过程的有限元模拟'>第4章 喷射沉积7075/SiC_p铝基复合材料挤压变形过程的有限元模拟
• 4.1 引言
• 4.2 模拟条件
• 4.2.1 材料模型的介绍及选择
• 4.2.2 模拟条件
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 应力及温度分布
• 4.3.2 挤压比对铝基复合材料变形的影响
• 4.3.3 挤压速度对铝基复合材料变形的影响
• 4.4 棒材挤压工艺实验
• 4.5 本章小结
• p 铝基复合材料变形过程中 SiC 增强颗粒转动及断裂的有限元模拟'>第5章 喷射沉积7075/SiC_p 铝基复合材料变形过程中 SiC 增强颗粒转动及断裂的有限元模拟
• 5.1 引言
• 5.2 有限元力学模型的建立
• 5.3 有限元模拟结果及其分析
• 5.3.1 对SiC 增强颗粒转动及流动影响
• 5.3.2 对SiC 增强颗粒断裂的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文目录