基于熱模擬實驗和晶體塑性理論的輕合金流變行為研究.pdf

1、隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展以及對產(chǎn)品輕量化日趨嚴(yán)格的要求，以鋁、鈦以及鎂合金等為代表的輕合金在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。熱塑性成形是輕合金產(chǎn)品制造的重要途徑，而充分認(rèn)識宏觀成形條件和細(xì)觀組織結(jié)構(gòu)對熱成形力學(xué)行為的綜合影響，具有重要的理論與實踐價值。
　　本文利用Gleeble熱模擬試驗機對Al7050和Ti-6Al-4V兩種材料在寬泛的變形條件下進行了熱模擬實驗，得到材料在高溫塑性變形過程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線；以此為基礎(chǔ)，建立了Johns

2、on-Cook（JC）本構(gòu)模型和帶有應(yīng)變修正的 Arrhenius（A-type）雙曲正弦本構(gòu)模型；將兩種本構(gòu)模型耦合到DEFORM3D有限元軟件中，從應(yīng)力情況、應(yīng)變分布、整體變形等方面綜合分析了不同模型在有限元模擬中的表現(xiàn)。其次，利用晶體塑性理論和有限元模擬結(jié)合的方法，分析和探討了多晶體材料在細(xì)觀角度下的力學(xué)行為表現(xiàn)。主要結(jié)論如下：
　　①兩種材料在高溫壓縮變形中，流變應(yīng)力隨著變形溫度的升高而減小，隨著變形速率的提高而增大，具有

3、明顯的熱致軟化現(xiàn)象和速度敏感性。
　?、贘C模型對流變應(yīng)力的直接解析式預(yù)測精度較低；而帶有應(yīng)變補償?shù)腁-type本構(gòu)模型具有更高的預(yù)測精度，即使在實驗擬合數(shù)據(jù)之外，也能很好地反映實際流變行為。
　?、坩槍崮M實驗的圓柱體鐓粗過程，現(xiàn)有理論方法計算得到的試樣表面正應(yīng)力σz分布存在很大差異，但利用上述本構(gòu)模型進行數(shù)值模擬的應(yīng)力值和解析計算結(jié)果具有很好的一致性；不考慮應(yīng)變補償?shù)腁-type本構(gòu)模型的應(yīng)力直接預(yù)測結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果

4、的吻合程度低于JC模型。此外，本構(gòu)方程對圓柱體熱鐓粗過程金屬材料的整體流動變形的影響相對較小。
　　④通過對高徑比為1.5的圓柱體鐓粗過程的晶體塑性有限元模擬，發(fā)現(xiàn)在不考慮再結(jié)晶的前提下，晶?？偨缑娴淖兓厔菔请S著變形量的增加先減小而后增大。對于晶體取向具有明顯方向性的多晶材料，由于相鄰晶粒位向較接近，塑性變形時晶粒之間更容易相互協(xié)調(diào)，使得晶界面積增長更快，變形抗力增大；當(dāng)晶粒以等軸晶為主時，隨著變形量增加，晶界界面的面積增加幅度