純鎢及其合金在塑性成形過程中的變形行為與組織演變規(guī)律研究.pdf

1、鎢的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度在所有金屬中最高，是一種難熔金屬，并且其硬度、彈性模量和壓縮模量也較高，但蒸氣壓極低，此外鎢還具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和抗高溫蠕變性能、優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和電子發(fā)射性能，因此被廣泛應(yīng)用于軍工、航空、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。近年來，許多國(guó)家對(duì)鎢的需求增長(zhǎng)迅猛，但其全球儲(chǔ)量卻相對(duì)較少。目前鎢合金被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、通信、航天等領(lǐng)域，作為電接觸材料、電子封裝材料和熱沉材料。純鎢及其合金在熱、電、力、光學(xué)等方面的優(yōu)異性能，使其在諸多領(lǐng)域

2、具有廣闊的應(yīng)用前景。提高純鎢及其合金的加工技術(shù)對(duì)促進(jìn)國(guó)防和航空航天技術(shù)的進(jìn)步、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
　　鎢是體心立方點(diǎn)陣的金屬晶體，其特點(diǎn)是塑脆轉(zhuǎn)變溫度高，對(duì)斷口敏感，易發(fā)生脆斷。塑性成形過程中純鎢微觀組織的變化和應(yīng)力狀態(tài)的不同會(huì)使其塑脆轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生變化，進(jìn)而影響其加工塑性。在成形過程中鎢的微觀組織會(huì)沿一定變形方向呈纖維流線狀排列，使其塑脆轉(zhuǎn)變溫度有所降低，并且隨著變形程度的增加，形成的纖維狀微觀組織越細(xì)小，鎢的塑脆轉(zhuǎn)變溫度

3、降低也越大，即鎢的加工塑性會(huì)隨變形量的增加而有所提升。成形過程中的拉應(yīng)力容易引起純鎢內(nèi)部脆性裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，降低其加工塑性，而剪應(yīng)力會(huì)使裂紋尖端發(fā)生塑性變形，使拉應(yīng)力產(chǎn)生松弛進(jìn)而防止裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展，因此可以提高鎢的加工塑性。在不同的塑性成形工藝過程中金屬材料所受到的應(yīng)力狀態(tài)是不同的，如在軋制過程中材料受單向壓應(yīng)力和雙向拉應(yīng)力的作用，而在旋鍛過程中受三向壓應(yīng)力作用，這使在軋制和旋鍛過程中鎢呈現(xiàn)不同的加工塑性。因此，分析純鎢及其合金在不同

4、塑性加工條件下的流動(dòng)特性和變形行為，研究各工藝參數(shù)對(duì)其微觀組織變化和成形過程的影響，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為生產(chǎn)實(shí)踐提供指導(dǎo)是十分必要的。
　　本文進(jìn)行了純鎢的熱模擬試驗(yàn)，得到了其塑性變形的流動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)擬合得到了純鎢塑性變形的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系本構(gòu)方程參數(shù)，以此作為數(shù)值模擬的材料數(shù)據(jù)分析鎢在軋制、旋鍛等工藝條件下的塑性變形行為。研究了軋輥凸度等工藝參數(shù)對(duì)93W合金板材軋制頭部開裂的影響，分析了93W合金板軋制過程

5、中應(yīng)力三軸度的變化和分布規(guī)律，探討了軋制過程中板材頭部產(chǎn)生開裂的原因及開裂點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)變化規(guī)律;研究了純鎢板材軋制、棒材軋制、旋鍛和拉絲等塑性成形工藝中材料的變形行為，分析了在不同工藝參數(shù)條件下純鎢的塑性成形特性。分析了軋制壓下量、軋輥轉(zhuǎn)速、開坯溫度和摩擦系數(shù)等對(duì)純鎢板材軋制過程中變形區(qū)應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律和軋制力大小的影響，結(jié)合金相和SEM試驗(yàn)分析了軋制鎢板的開裂現(xiàn)象。研究了純鎢棒材在軋制和旋鍛過程中各工藝參數(shù)對(duì)變形區(qū)材料流動(dòng)和應(yīng)力應(yīng)變分布

6、的影響規(guī)律，分析了其塑性加工后的組織變化。進(jìn)行了軋制鎢棒的退火試驗(yàn)，研究了退火溫度和保溫時(shí)間對(duì)再結(jié)晶組織大小和分布的影響規(guī)律。研究了鎢絲拉拔過程中模角對(duì)拉拔力、拉拔壓力和變形行為的影響規(guī)律。本文主要工作如下:
　　(1)在GLEEBLE3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了粉末燒結(jié)純鎢試樣等溫等應(yīng)變速率的單向壓縮試驗(yàn)，變形溫度范圍為1250℃～1550℃，應(yīng)變速率范圍為0.001s-1～1 s-1。研究了純鎢的高溫?zé)嶙冃涡袨?，基于不同本?gòu)關(guān)

7、系模型，分別建立了該材料的流動(dòng)應(yīng)力與溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變之間的本構(gòu)關(guān)系模型。通過對(duì)比六種本構(gòu)關(guān)系模型的預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性及其平均相對(duì)誤差，獲得了可以準(zhǔn)確描述純鎢高溫流動(dòng)應(yīng)力、變形溫度和應(yīng)變速率關(guān)系的帶應(yīng)變補(bǔ)償?shù)腁rrhenius模型、修正的Johnson-Cook(JC)模型、修正的Zerrili-Armstrong(ZA)模型和KHL模型，并在數(shù)值模擬過程中采用所獲得的修正的JC模型作為材料本構(gòu)方程。并利用熱模擬試驗(yàn)得到的流動(dòng)應(yīng)

8、力-應(yīng)變關(guān)系數(shù)據(jù)建立了基于功率耗散率和失穩(wěn)準(zhǔn)則的純鎢的熱加工圖，結(jié)合其微觀組織演化，分析了純鎢穩(wěn)定塑性成形的溫度和應(yīng)變速率條件，為確定文中所研究的塑性加工工藝參數(shù)提供指導(dǎo)。
　　(2)分別研究了純鎢和93W合金兩種板材在軋制過程中的變形行為，分析了不同軋輥凸度下93W合金板材頭部應(yīng)力三軸度在軋制過程中的變化與分布規(guī)律，研究了壓下量、開坯溫度、軋輥轉(zhuǎn)速和摩擦系數(shù)等參數(shù)對(duì)純鎢和合金鎢板材軋后寬展、伸長(zhǎng)以及軋制過程中應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律的影

9、響規(guī)律，分析了純鎢板材多道次軋制過程中材料的流動(dòng)規(guī)律和軋制力的變化規(guī)律，結(jié)合金相與SEM試驗(yàn)，探討了純鎢及其合金板材軋制開裂產(chǎn)生的原因。
　　(3)建立了鎢棒軋制的雙向、三向Y型、三向圓孔型和四向軋制數(shù)值模擬模型。研究了隨軋制壓下量的增加軋后棒材寬展、伸長(zhǎng)、軸截面等效應(yīng)力和應(yīng)變的變化規(guī)律，對(duì)比分析了幾種棒材軋制方式對(duì)鎢棒軋制力和軋制過程中應(yīng)力應(yīng)變分布的影響規(guī)律。建立了三向Y型鎢棒多道次軋制模型，研究了軋制力和應(yīng)力應(yīng)變等隨軋制道次的

10、變化規(guī)律。進(jìn)行了軋制鎢棒的退火試驗(yàn)，研究了退火溫度和保溫時(shí)間對(duì)再結(jié)晶組織大小和分布的影響規(guī)律。
　　(4)建立了不同直徑的鎢條旋鍛過程的數(shù)值模擬模型，研究了不同直徑的鎢條在旋鍛過程中的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律，分析了旋鍛過程中純鎢的流動(dòng)行為，研究了圓錐進(jìn)料角和包角等模具參數(shù)對(duì)鎢條旋鍛過程的影響規(guī)律，分析了工藝參數(shù)對(duì)旋鍛鎢條裂紋產(chǎn)生的影響規(guī)律及作用。研究了旋鍛鎢條微觀組織的變化規(guī)律，分析了粉末燒結(jié)過程中存留的孔洞在旋鍛打擊作用下的閉合和晶粒