稀土鎂合金變壁厚異型板類構(gòu)件控形控性研究.pdf

1、鎂合金變壁厚異型板類構(gòu)件是彈箭裝備的輕量化部件,其力學(xué)性能與尺寸精度直接關(guān)系到裝備可靠性與打擊精度。添加稀土元素的鎂合金較常規(guī)鎂合金具有更好的高溫性能,但是這些耐熱鎂合金鑄造產(chǎn)品成分偏析和夾雜嚴(yán)重,力學(xué)性能低,難以滿足高速飛行彈箭裝備的需求。塑性成形可大幅提高鎂合金構(gòu)件的力學(xué)性能,但鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu),塑性較差。含稀土鎂合金成形更易開裂,成形構(gòu)件各向異性更加明顯。
　　國內(nèi)研制的新型高強(qiáng)耐熱Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.

2、6Zr合金,在航空航天、國防軍工具有很好的應(yīng)用前景,目前關(guān)于此合金的塑性變形特性研究較少。變壁厚異型板類構(gòu)件通常采用稀土鎂合金鑄錠多向鍛造開坯、通過多方向上大塑性變形實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化,這是改善成形構(gòu)件各向異性與獲得良好力學(xué)性能的重要手段;Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金多向鍛造過程中的塑性變形歷史與組織響應(yīng)規(guī)律,目前也沒有研究涉及。變壁厚異型板類構(gòu)件由于其苛刻的服役條件,力學(xué)性能與尺寸精度要求嚴(yán)格,必須采用控形控性一體化的塑性成

3、形方法,實(shí)現(xiàn)筋條處金屬充填、變形均勻性以及成形過程微觀組織結(jié)構(gòu)演變的協(xié)調(diào)控制,這也是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)問題。
　　針對(duì)Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金,借助于熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)、光學(xué)金相顯微分析、掃描電鏡和能譜分析、硬度測試、室溫/高溫拉伸實(shí)驗(yàn)等研究手段,系統(tǒng)研究了不同變形參數(shù)下合金的流變行為,以及隨著變形道次的變化合金內(nèi)部顯微組織的演化規(guī)律,為該類合金的塑性變形提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。熱模擬壓縮試驗(yàn)表明:應(yīng)變速率介于0.001~0.

4、5s-1以及變形溫度介于573~753K時(shí),其真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線都呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征。在合金熱塑性變形過程中,動(dòng)態(tài)硬化和動(dòng)態(tài)軟化的競爭貫穿始終;隨著變形溫度的升高,組織內(nèi)部的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶加劇,表現(xiàn)為流變應(yīng)力的降低?；赟ellars方程,構(gòu)建了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金不同應(yīng)力狀態(tài)的本構(gòu)模型?；趧?dòng)態(tài)材料模型建立了合金二維熱加工圖,發(fā)現(xiàn)Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金具有兩個(gè)峰值能量耗散區(qū)域:1)溫

5、度680~740K、應(yīng)變速率0.001-0.01s-1;2)溫度730-753 K,應(yīng)變速率0.01-0.1s-1;兩區(qū)域能量耗散效率分別在30~40％和40~49%之間,這為成形工藝參數(shù)的選擇提供了參考依據(jù)。
　　研究了Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.6Zr合金多道次變形特征。研究結(jié)果表明:隨著變形道次的增加,變形過程中的動(dòng)態(tài)軟化程度減小,而道次間的靜態(tài)軟化程度持續(xù)增強(qiáng)。但由于變形過程中的加工硬化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綜合軟化的效果,表現(xiàn)為

6、真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線的峰值流變應(yīng)力快速上升。單道次變形相比,兩道次相對(duì)軟化了9.42%、三道次相對(duì)軟化了33.07%、四道次相對(duì)軟化了24.5%?？梢钥闯?三道次變形相對(duì)軟化程度最大,四道次后由于動(dòng)態(tài)硬化程度加劇,軟化程度降低。
　　從塑性應(yīng)變、晶粒尺寸、成形損傷的角度,研究了稀土鎂合金變壁厚異型板類構(gòu)件塑性成形的控性問題;從金屬充填飽滿時(shí)成形載荷的角度,研究了構(gòu)件成形控形的問題。提出將洛倫茲曲線與基尼系數(shù)應(yīng)用于評(píng)估構(gòu)件變形均勻性;

7、從應(yīng)變、晶粒尺寸、損傷因子這三方面來考慮,提出了三個(gè)變形均勻性評(píng)價(jià)因子。以三個(gè)變形均勻性評(píng)價(jià)因子和成形載荷為多目標(biāo)優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù),以兩個(gè)分流孔的直徑、擠壓成形用坯料厚度、成形溫度與成形速度為設(shè)計(jì)變量,通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)、有限元模擬、灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算、基于層次分析法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)權(quán)重分配、灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算,依據(jù)關(guān)聯(lián)度大小獲得了多目標(biāo)優(yōu)化的成形工藝參數(shù)組合。
　　在優(yōu)化的參數(shù)組合基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了各工序的控制成形模具,進(jìn)行稀土鎂合金變壁厚異