ZK60镁合金高温变形行为研究

论文摘要

镁合金是所有金属结构材料中最轻的,其密度通常在1.75×1031.85×103kg/m3,是铝的2/3 ,钢的3/4。镁合金具有很高的比强度和比刚度,己被誉为21世纪的金属。但由于镁合金的晶体结构为密排六方,塑性不及较常用的面心立方结构金属,塑性成形能力差,因而镁合金在压铸成形领域优先得到重视和发展。变形镁合金与铸造镁合金相比,有更优良的综合性能,因而为了推动镁合金在航空、航天、汽车、摩托车等领域内的大量应用,发展我国的镁工业,必须大力开发变形镁合金及其生产工艺。本研究是在全球轻量化、大力发展镁合金的背景下,以镁合金ZK60为研究对象,对ZK60镁合金的高温流动行为进行了系统研究,确定出了ZK60镁合金高温变形时的最佳工艺参数范围;以ZK60镁合金高温变形的应力-应变曲线的特征分析为基础,建立了ZK60镁合金高温变形时的流动应力模型。验证结果表明,ZK60镁合金高温变形时的流动应力模型能较好地描述合金的高温变形行为。同时研究分析了ZK60镁合金的组织变化及动态再结晶。应用有限元方法,对锻造充型实验进行了数值模拟。着重讨论了不同的凸模斜度、圆角半径对变形过程的影响。研究结果表明,采用合理的凸模斜度和圆角半径,可避免锻造过程中的应力集中现象;镁合金在凸模斜度为3°,圆角半径为2mm的条件下锻造时具有更好的流动性和较低的变形抗力。上述研究为ZK60镁合金锻造工艺的优化设计及质量控制提供了理论和技术上的支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 镁及镁合金的基本性质
• 1.1.1 镁的基本性质
• 1.1.2 镁合金的基本性质
• 1.2 变形镁合金的研究现状
• 1.2.1 变形镁合金和铸造镁合金
• 1.2.2 变形镁合金的合金系
• 1.2.3 镁合金的塑性变形机理
• 1.2.4 镁合金塑性成形工艺特点
• 1.2.5 镁合金塑性加工技术研究进展
• 1.3 ZK60 镁合金的研究现状
• 1.3.1 ZK60 合金的发展和应用
• 1.3.2 ZK60 合金的力学性能研究现状
• 1.4 课题的研究背景及意义
• 1.4.1 课题的研究背景
• 1.4.2 课题的意义
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 实验材料及实验方法
• 2.1 实验材料及实验设备
• 2.2 热变形压缩试验
• 2.2.1 试样准备
• 2.2.2 热变形压缩试验方案
• 2.3 应力-应变曲线分析
• 2.4 建立本构方程
• 2.5 微观组织的观察
• 2.6 充型实验设计
• 2.7 有限元模拟
• 第3章 ZK60 镁合金高温变形本构方程
• 3.1 热加工参数对流变应力的影响
• 3.1.1 变形温度的影响
• 3.1.2 应变速率的影响
• 3.1.3 变形程度的影响
• 3.2 ZK60 镁合金本构方程模型
• 3.2.1 本构方程模型理论
• 3.3 ZK60 镁合金本构方程的求解
• 3.4 本构关系模型的验证
• 第4章 变形工艺参数对微观组织的影响
• 4.1 实验方法
• 4.2 变形温度对组织演变的影响
• 4.3 变形速度对组织演变的影响
• 第5章 充型实验工艺分析及数值模拟
• 5.1 有限元法的基本理论
• 5.1.1 有限元法发展简介
• 5.1.2 金属体积成形的有限元模拟特点
• 5.1.3 刚塑性材料的基本方程
• 5.1.4 体积成形有限元MSC/Superform 软件的简介
• 5.2 充型实验设计
• 5.2.1 成型零件分析
• 5.2.2 模具结构
• 5.2.3 模具参数设计
• 5.2.4 确定锻造温度范围
• 5.3 有限元模拟分析
• 5.3.1 模具简化
• 5.3.2 模型的建立和模拟参数的确定
• 5.3.3 模拟结果及分析
• 5.3.4 凸模圆角半径对锻造成形的影响
• 5.3.5 凸模斜度对等造成形的影响
• 5.3.6 影响金属流动的因素
• 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