純鎂材旋鍛制備的有限元模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目前鎂絲棒材主要通過鑄造或擠壓兩種方法生產(chǎn)。但鑄造鎂材力學(xué)性能和表面性能差，鎂擠壓生產(chǎn)效率低，急需開發(fā)新型鎂絲棒材成形工藝。由于其經(jīng)濟(jì)性及對性能的明顯改進(jìn)潛力，旋鍛成為一種及有應(yīng)用前景的鎂絲棒材成型工藝。但目前有關(guān)鎂旋鍛工藝的研究很缺乏。 旋鍛工藝特有的脈沖加載及多向加載方式中各場量的分布、變化過程及其影響的研究還未見報(bào)導(dǎo)。旋鍛工藝參數(shù)對其產(chǎn)品的表面粗糙度、表面裂紋、顯微組織等影響很大，但這方面的定量研究也未見報(bào)導(dǎo)。 本

2、文首先分析了純鎂在150～300℃、動態(tài)加載條件下的流變本構(gòu)關(guān)系及塑性變形機(jī)制，作為旋鍛工藝研究的基礎(chǔ)。然后對工業(yè)上常用的方坯及圓坯旋鍛變形過程進(jìn)行有限元模擬，分析了旋鍛工藝脈沖加載及多向加載方式下各場量的分布及變化過程：討論了這種分布及變化過程對鎂的可加工性、旋鍛鎂材質(zhì)量的影響；得到了鎂旋鍛工藝參數(shù)與旋鍛鎂制品的表面裂紋、表面粗糙度、顯微組織、旋鍛機(jī)受力的關(guān)系，進(jìn)而獲得了鎂旋鍛合理工藝參數(shù)的確定原則。研究了旋鍛鎂材的力學(xué)性能及其影響因

3、素。結(jié)果表明： 純鎂在T≤2000℃、0.01～10s<'-1>變形時(shí)，出現(xiàn)了大量變形孿晶及剪切破壞行為，為不穩(wěn)定流變。在2500℃≤T≤300℃變形時(shí)，為避免不穩(wěn)定流變行為(顯微組織中的大量孿晶)，應(yīng)變速率應(yīng)小于10s<'-1>。在250-300℃的溫度范圍內(nèi)，F(xiàn)riedel-Escaig交滑移機(jī)制是鎂塑性流變的控制機(jī)制。 旋鍛工藝脈沖加載及多向加載歷程中各場量的分布、變化過程及對鎂塑性變形能力、旋鍛鎂材組織性能的影響

4、為：各節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)變隨時(shí)間呈階梯狀逐步增加，旋鍛過程中鎂的總應(yīng)變量是通過多次小變形實(shí)現(xiàn)的，這有利于低塑性材料的變形。應(yīng)力隨時(shí)間呈脈沖似的周期變化，脈沖最高點(diǎn)是鍛模閉合對棒料進(jìn)行鍛打的時(shí)間，此時(shí)各應(yīng)力組分均為壓應(yīng)力并且應(yīng)力三軸度很低，這有利于鎂成形極限的提高。在鍛模張開，棒料送進(jìn)階段，局部塑性變形生熱可以通過熱傳導(dǎo)、對流、輻射等方式擴(kuò)散，因而旋鍛變形溫升不顯著，這有利于產(chǎn)品晶粒細(xì)化及力學(xué)性能的提高。 方坯開坯旋鍛時(shí)，棱邊節(jié)點(diǎn)軸向殘余

5、應(yīng)力σ，為拉應(yīng)力，并遠(yuǎn)大于其余方向的殘余應(yīng)力分量，是造成后續(xù)道次表面橫向微裂紋的基本原因之一。方坯開坯旋鍛不可能使組織完全為動態(tài)再結(jié)晶組織。 研究了鎂圓坯單道次旋鍛工藝參數(shù)與旋鍛鎂制品質(zhì)量間的關(guān)系。結(jié)果表明，旋鍛鎂材中是否會保留鑄態(tài)組織，受圓錐進(jìn)料角α、徑向壓下量AR的影響，與其它工藝參數(shù)無關(guān)。隨初始旋鍛溫度T<,initial>，的升高旋鍛鎂材中變形孿晶分布減少，當(dāng)徑向壓下量大于某臨界值時(shí)，旋鍛鎂材中會出現(xiàn)孿晶，其余工藝參數(shù)對

6、孿晶的出現(xiàn)沒有影響。晶粒尺寸隨AR的增大而減小，隨T<,initial>的升高而增大，不受其余工藝參數(shù)的影響。鍛件表面粗糙度隨T<,initial>的增加而增大，隨AR及軸向送料速度V<,ax>的增大而呈拋物線關(guān)系增大，隨tg(α/2)的增大成直線關(guān)系增加。鍛模所受徑向壓力隨AR的增加和tg(α/2)的減小而呈指數(shù)關(guān)系增長，并隨T<,initial>的增大而減小。 具有動態(tài)再結(jié)晶組織的旋鍛鎂材的σ<,0.2>比擠壓鎂材高66～7