铸态AZ91D镁合金组织均匀化挤压及其微观组织演变模拟

论文摘要

本文研究了铸态AZ91D镁合金在不同变形条件下的单向压缩行为,进行了反向温度场挤压实验以及变形过程中的微观组织演变模拟,为镁合金塑性成形技术的发展和应用提供了可靠的依据。在250450℃的温度范围内和0.0015s-1、0.015s-1、0.15s-1三种不同的应变速率下研究了铸态AZ91D镁合金的单向压缩行为。分析了塑性加工的变形参数即变形温度、应变速率以及应变对铸态AZ91D镁合金压缩流变应力的影响;综合考虑热变形时动态再结晶引起的软化效应,提出了适合铸态AZ91D镁合金的含有软化因子的流变应力数学模型。通过光学显微镜观察了变形前后的压缩试样的微观组织,结果表明:试样的初始晶粒尺寸约为40μm,在压缩温度为300℃和350℃,应变速率为1.5×10-3s-1的情况下,AZ91D镁合金发生了明显的连续动态再结晶,动态再结晶主要集中于晶界处。在400℃,应变速率为1.5×10-3s-1时发生完全动态再结晶,形成了均匀的大角度晶界的等轴晶组织,晶粒尺寸介于810μm之间,试样表面没有裂纹,为适合变形的条件。动态再结晶晶粒度随变形温度降低,应变速率升高而减小。以有限元软件SuperForm为平台,采用修正系数后的Yada模型分别对铸态AZ91D镁合金的单向压缩过程和反向温度场挤压过程中的微观组织演变进行了模拟。结果表明铸态AZ91D镁合金单向压缩过程的模拟与实验结果较为吻合。采用反向温度场方法,在坯料温度为300400℃的范围内对铸态AZ91D镁合金进行了挤压比为4:1和9:1的挤压实验,并通过光学显微镜观察了挤压后试样的微观组织。实验表明,反向温度场挤压模具与坯料温度差为100℃时成形试样组织更均匀。在挤压比为9:1,模具温度和坯料温度分别为400℃和300℃时,挤压后试样组织均匀,获得了8μm左右的等轴晶,为最佳成形条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金简介
• 1.2.1 镁合金的特点
• 1.2.2 镁合金的主要合金元素
• 1.2.3 镁合金的塑性成形
• 1.2.4 镁合金在结构件上的应用
• 1.3 镁合金变形行为研究
• 1.3.1 单向压缩行为和挤压行为的研究
• 1.3.2 微观组织演变的研究
• 1.4 微观组织演变模拟的研究
• 1.5 选题的目的和意义
• 1.6 本选题主要的研究内容
• 第2章 铸态AZ91D 镁合金压缩变形性能及流变应力模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 铸态AZ91D 镁合金压缩实验
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 实验材料
• 2.2.3 试样尺寸
• 2.2.4 实验方法
• 2.3 热态下的压缩行为
• 2.4 含有软化因子的流变应力模型
• 2.4.1 常规流变应力模型
• 2.4.2 含有软化因子的流变应力模型
• 2.5 含有软化因子流变应力模型的实验验证
• 2.6 铸态AZ91D 镁合金挤压试件金相试样的制备
• 2.7 压缩实验中的微观组织演变
• 2.8 本章小结
• 第3章 铸态AZ91D 镁合金变形过程微观组织演变模拟
• 3.1 引言
• 3.2 热成形过程的微观组织演变模拟方法
• 3.3 微观组织的演变形式
• 3.4 有限元微观组织演变数学模型的比较
• 3.5 数值模拟分析平台的建立
• 3.6 模拟计算中的关键因素
• 3.7 铸态AZ91D 镁合金变形过程的模拟
• 3.7.1 铸态AZ91D 镁合金单向压缩过程的模拟
• 3.7.2 铸态AZ91D 镁合金反向温度场挤压过程的模拟
• 3.8 本章小结
• 第4章 铸态AZ91D 镁合金组织均匀化挤压的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 组织均匀化挤压的方法及实验方案
• 4.3 铸态AZ91D 镁合金反向温度场挤压模具
• 4.3.1 反向温度场挤压模具的特点分析
• 4.3.2 润滑剂的选取
• 4.4 实验装置及测试元件的标定
• 4.4.1 实验装置
• 4.4.2 测试元件的标定
• 4.5 铸态AZ91D 镁合金挤压成形实验及结果分析
• 4.5.1 反向温度场挤压实验坯料
• 4.5.2 反向温度场挤压成形试件
• 4.5.3 实验结果分析
• 4.5.4 反向温度场挤压成形后的微观组织
• 4.5.5 反向温度场挤压形变对微观组织的影响及形变机制
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介