AZ31镁合金板材轧制数值模拟与实验研究

论文摘要

镁合金因其具有低密度、高的比强度和比刚度、高阻尼、电磁屏蔽良好及机械加工方便等优点,被誉为21世纪最具发展潜力的金属材料。镁合金板材的性能直接影响镁合金冲压产品的成形性和精度,优质的板材是成形合格冲压产品的前提。本文采用数值模拟技术和实验研究,分析了工艺参数对镁合金板材单向轧制和交叉轧制产品性能的影响规律,取得了以下研究成果:(1)采用数值模拟技术,分析工艺参数对轧制过程中轧制力、厚向位移、横向位移、板材形状的影响,确定了合理的工艺参数:摩擦系数μ为0.3、粗轧时板材轧制的压下量为50%、板材温度为400℃、轧辊温度为150℃～250℃;(2)研究了粗轧过程中轧辊温度与极限压下量的关系和压下量与微观组织的关系。镁合金板材的初始温度为400℃时,轧辊温度从室温提高到180℃,单道次的极限压下量从40%提高到70%。当压下量从25%提高到67%,晶粒度从12μm变为7μm;(3)制备0.5mm厚的AZ31镁合金板材时,粗轧工艺为轧辊温度180℃,板材温度400℃,轧制压下量为50%左右,粗轧到1mm厚后进行精轧成形,精轧板材温度为400℃,单道次压下量为25%。通过热处理后平均晶粒度为5μm,抗拉强度可以达到250MPa,屈服强度可以达到180 MPa,延伸率可以达到20%;(4)分别采用交叉轧制和单向轧制两种方式对粗轧后的板材进行精轧,比较轧制方式对板材性能的影响,相比较单向轧制交叉轧制可以降低板材的各向异性和屈强比。单向轧制板材横向和纵向的延伸率比为0.87,而交叉轧制两个方向的延伸率比为0.89。交叉轧制的室温屈强比为0.46,而单向轧制板材的为0.62;(5)AZ31镁合金轧制板材的最佳热处理工艺是250℃～300℃的温度范围内,保温30min;(6)对于加入稀土的AZ31镁合金板材采用相同的生产工艺,板材在250℃和保温时间为30min的退火热处理后,板材的晶粒尺寸为5μm ~10μm,抗拉强度可以达到611MPa,屈服强度可以达到377MPa。延伸率可以达到15.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁合金绪论
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 镁及其合金的特性
• 1.1.3 镁及镁合金的应用
• 1.1.4 镁合金成形技术研究现状
• 1.2 板材轧制成形及其变形特点
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 轧制过程的基本特点
• 1.3 镁合金板材制备工艺研究国内外进展
• 1.4 板带轧制理论及模拟研究现状
• 1.4.1 概论
• 1.4.2 三维解析法
• 1.4.3 能量法
• 1.4.4 有限元法
• 1.4.5 板材数值模拟研究国内外进展
• 1.5 AZ31 镁合金的研究现状
• 1.5.1 AZ31 镁合金中合金元素及影响
• 1.5.2 AZ31 镁合金组织研究
• 1.5.3 AZ31 镁合金的性能
• 1.6 课题研究的目的和意义及主要研究内容
• 第2章 弹塑性有限元基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法的基本概念
• 2.3 有限元法的分类
• 2.4 弹塑性有限元法的本构关系
• 2.5 塑性成形数值模拟的一般步骤
• 2.6 有限元仿真软件MSC.SuperForm 和MSC.Marc
• 2.7 本章小结
• 第3章 镁合金板材轧制数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 构建几何模型
• 3.3 数值模拟模型参数设置
• 3.4 摩擦模型的建立
• 3.5 成形规律分析
• 3.6 摩擦系数的影响
• 3.7 板材温度的影响
• 3.8 轧辊温度的影响
• 3.9 压下量的影响
• 3.10 坯料厚度的影响
• 3.11 坯料宽度的影响
• 3.12 本章小结
• 第4章 镁合金板材制备实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 挤压实验研究
• 4.2.1 试验材料及设备
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 粗轧实验研究
• 4.3.1 试验材料及方法
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 精轧实验研究
• 4.4.1 试验材料和方法
• 4.4.2 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 AZ31 镁合金板材热处理实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 对轧后组织为孪晶的板材进行热处理
• 5.2.1 热处理实验材料及方法
• 5.2.2 微观组织分析
• 5.2.3 硬度测试
• 5.3 对轧后发生动态再结晶的板材进行热处理
• 5.3.1 热处理实验材料及方法
• 5.3.2 微观组织分析
• 5.3.3 机械性能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要