鎂合金擠壓成形晶體塑性-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶集成計(jì)算模型.pdf

1、鎂合金是最輕的金屬工程結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車(chē)、電子工業(yè)界中有廣泛的應(yīng)用前景。熱擠壓成形是變形鎂合金的重要加工技術(shù)，而動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是擠壓成形中的重要物理過(guò)程和變形機(jī)制。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶可以軟化材料、提高塑性，同時(shí)也會(huì)引起材料微觀組織和織構(gòu)特性的變化，進(jìn)而影響擠壓零件的機(jī)械性能。將宏微觀研究方法相結(jié)合，建立熱變形與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的理論計(jì)算模型，研究熱成形中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制及其與變形條件、合金成分、織構(gòu)演化之間的關(guān)系，對(duì)于鎂合金變形理論與熱成形工

2、藝的發(fā)展而言具有重要意義。
　　本文以Mg-Al、Mg-Y合金為對(duì)比研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，圍繞鎂合金在擠壓過(guò)程中的微觀組織、織構(gòu)演化及其與合金成分、變形條件等因素的關(guān)系、多晶體塑性與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶耦合計(jì)算模型構(gòu)建、擠壓成形過(guò)程變形過(guò)程中織構(gòu)演化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模擬等方面內(nèi)容開(kāi)展了較深入的研究。
　　(1)鎂合金擠壓變形微觀組織和織構(gòu)演變的實(shí)驗(yàn)研究。
　　制備了Mg-1Al、Mg-1Y、Mg-4Y以及Mg

3、-6Y合金，并開(kāi)展了合金的熱壓縮與圓棒擠壓實(shí)驗(yàn)。采用XRD和EBSD等測(cè)試方法對(duì)Mg-Al及Mg-Y合金的微觀組織、界面取向差軸的分布、以及再結(jié)晶晶?？棙?gòu)成分進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。相同的擠壓變形條件下，Mg-Y合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)均低于Mg-1Al合金，且動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸小于Mg-1Al合金；單壓變形中，Mg-Y合金的再結(jié)晶晶粒的取向比Mg-1Al合金更隨機(jī)；在擠壓變形中，Mg-Y合金形成不同于Mg-Al合金的再結(jié)晶織構(gòu)成分。以上結(jié)果表

4、明：稀土元素Y一方面抑制了非連續(xù)再結(jié)晶的進(jìn)行，另一方面，改變了連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的位錯(cuò)重組機(jī)制，影響了再結(jié)晶晶粒的初始取向和擠壓織構(gòu)分布。
　　(2)耦合動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象學(xué)模型的多晶體塑性建模研究。
　　基于粘塑性自洽多晶體框架，建立了一種耦合再結(jié)晶現(xiàn)象學(xué)模型的擠壓成形多晶體塑性模擬方法。利用Avrami形式的再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程描述鎂合金再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)增長(zhǎng)，通過(guò)晶體塑性計(jì)算變形過(guò)程及織構(gòu)演化?；诓煌脑俳Y(jié)晶初始取向和滑移模式假設(shè)，

5、模擬了Mg-1Al、Mg-6Y合金的擠壓織構(gòu)，將織構(gòu)的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，初步解釋了Mg-1Al、Mg-6Y合金在熱擠壓過(guò)程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶織構(gòu)的形成機(jī)制和影響因素。
　　(3)耦合連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和多滑移物理模型的多晶體塑性建模研究。
　　在粘塑性自洽框架中引入了位錯(cuò)密度、小角度界面分布函數(shù)、位錯(cuò)胞尺寸等物理變量，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)晶粒在變形條件下的位錯(cuò)硬化和多晶體小角度界面向大角度界面轉(zhuǎn)變的連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶物理過(guò)程建模。在該

6、多晶體框架中進(jìn)一步引入多滑移模型，以更合理的描述動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程中不同滑移面位錯(cuò)之間相互作用引起的界面取向差演變。該模型提高了現(xiàn)有多晶體塑性力學(xué)模型對(duì)鎂稀土合金擠壓織構(gòu)的預(yù)測(cè)能力。通過(guò)對(duì)擠壓織構(gòu)的模擬及實(shí)驗(yàn)對(duì)比，揭示了稀土元素Y對(duì)鎂合金多滑移機(jī)制的影響規(guī)律：擠壓Mg-1Al合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶織構(gòu)是不同的柱面位錯(cuò)的多滑移作用的結(jié)果，而擠壓Mg-Y合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶織構(gòu)是柱面位錯(cuò)多滑移與基面位錯(cuò)-錐面位錯(cuò)多滑移的復(fù)合作