鎂合金絲材拉拔成形及數(shù)值模擬研究.pdf

1、鎂鋅合金作為一種生物醫(yī)用鎂合金具有生物安全性高、力學(xué)性能好以及加工性能優(yōu)良的特點，在生物可吸收植入器械領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，而高性能鎂合金絲材的制備是開發(fā)生物鎂合金植入器械中重要的一個環(huán)節(jié)。本研究利用等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)對Mg-6Zn合金改性，制備出顯微組織均勻細(xì)小的原材料，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值模擬的方法，優(yōu)化鎂合金絲材的拉拔成形工藝，制備出高性能鎂鋅合金絲材，為生物醫(yī)用鎂合金植入器械的開發(fā)提供思路。
　　研究發(fā)現(xiàn)ECAP可

2、以顯著細(xì)化Mg-6Zn合金的顯微組織，160℃下ECAP后晶?？梢约?xì)化至2μm～3μm。與此同時ECAP會誘發(fā)析出MgZn2相和Mg4Zn7相，在低溫(160℃)下ECAP會有Mg4Zn7相析出。隨著擠壓道次的上升Mg4Zn7相轉(zhuǎn)變?yōu)镸gZn2相，在高溫(200℃以上)ECAP則會同時誘發(fā)析出MgZn2相和Mg4Zn7相。160℃下，ECAP2道次后，屈服強度和抗拉強度達(dá)到最大值，分別為278MPa和340MPa，但隨著擠壓道次的增加強

3、度沒有明顯增加，而溫度的增加會降低屈服強度和抗拉強度，其延伸率會有所增加。相比于在160℃下ECAP，Mg-6Zn合金在200℃時ECAP處理具有良好的塑性成形能力，多道次加工不容易開裂，顯微組織均勻細(xì)小，具有良好的綜合力學(xué)性能。因此采用經(jīng)過200℃下6道次ECAP處理的Mg-6Zn合金作為絲材拉拔的原材料。
　　在高溫下，對200℃下6道次ECAP處理的Mg-6Zn合金進(jìn)行不同速率的拉伸測試，并以此建立了數(shù)值模擬的材料模型。通過

4、對Mg-6Zn合金絲材拉拔過程數(shù)值模擬考察了模具工作錐角度和拉拔壓縮率對平均應(yīng)力、等效應(yīng)變的影響。分析發(fā)現(xiàn)絲材外表面的應(yīng)變大于絲材內(nèi)部，隨著壓縮率的增加，等效應(yīng)變逐漸增大，而拉拔角度對等效應(yīng)變的分布沒有明顯變化規(guī)律。通過計算不均勻性指數(shù)得出，隨著壓縮率的增加，不均勻指數(shù)越小，表明絲材拉拔過程中均勻性更好，而隨著角度的增大，不均勻指數(shù)越來越大。通過平均應(yīng)力云圖可以發(fā)現(xiàn)，絲材拉拔過程中存在零應(yīng)力面。最大壓應(yīng)力和最大拉應(yīng)力都位于絲材表面，因此

5、拉拔過程中絲材表面最容易產(chǎn)生斷裂。隨著壓縮率的增大，壓應(yīng)力和拉應(yīng)力區(qū)域都逐漸增大，并且在壓縮率為20％和25％時，絲材內(nèi)部也出現(xiàn)了較大的壓應(yīng)力，這有利于絲材的變形?；谝陨辖Y(jié)論，選用拉拔角度為9°的模具，絲材拉拔壓縮率在20％左右。
　　本文制定了Mg-6Zn絲材拉拔的工藝，經(jīng)過多道次拉拔后成功制備出鎂鋅合金絲材，并將未經(jīng)ECAP處理的材料制備成絲材與其進(jìn)行對比。顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)經(jīng)過ECAP處理后拉拔成形的絲材，晶粒發(fā)生了完全再結(jié)