基于Marc的ECAP-FE累積塑性變形工藝數(shù)值模擬研究.pdf

1、鎂合金被譽(yù)為21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的“綠色材料”，也是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有很高的比強(qiáng)度，主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、3C電子產(chǎn)品、汽車、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，已然成為世界各國(guó)關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。由于鎂合金具有密排六方結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在室溫變形條件下獨(dú)立的滑移系較少，因此室溫下塑性差，變形加工困難，需要采用大塑性變形復(fù)合工藝才能有效的細(xì)化鎂合金晶粒，以提高鎂合金的塑性，從而改善其加工性能。以促進(jìn)變形鎂合金產(chǎn)品在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
　　由于傳統(tǒng)的鎂

2、合金擠壓棒材的變形能力和強(qiáng)韌性差，采用等通道轉(zhuǎn)角擠壓大塑性變形技術(shù)(ECAP)，即由兩個(gè)相交的等徑通道組成的模具并通過純剪切方式實(shí)現(xiàn)塊體金屬材料大塑性變形的成形工藝，它能夠有效的制備超細(xì)晶結(jié)構(gòu)材料，但是，需要多道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓成形才能獲得組織均勻的高性能材料，并且在多道次擠壓過程中還容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，因此，這種大塑性變形工藝難以進(jìn)行工業(yè)化推廣。本文基于等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝的缺陷，提出并設(shè)計(jì)了等通道轉(zhuǎn)角擠壓與正擠壓相復(fù)合的累積變形工藝(以

3、下簡(jiǎn)稱ECAP-FE)，即在等通道轉(zhuǎn)角擠壓型腔后直接連接一個(gè)具有一定擠壓比的正擠壓芯模，由此形成一個(gè)集多種變形工藝于一體的連續(xù)擠壓型腔，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的累積塑性變形。由此找到一種提高鎂合金塑性的新途徑。
　　本文首先采用二次開發(fā)技術(shù)在MSC.Marc軟件中建立了AZ31鎂合金的材料模型，然后構(gòu)建了AZ31鎂合金微觀組織預(yù)測(cè)系統(tǒng)的程序開發(fā)流程圖，并利用FORTRAN語(yǔ)言對(duì)微觀組織模型進(jìn)行編程，成功的預(yù)測(cè)了擠壓過程中AZ31鎂合金的晶

4、粒尺寸和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)的變化過程。將構(gòu)建成功的AZ31鎂合金的ECAP-FE擠壓過程有限元分析模型進(jìn)行數(shù)值模擬。最后對(duì)AZ31鎂合金在ECAP-FE擠壓模擬過程中的擠壓力、等效應(yīng)力場(chǎng)、等效應(yīng)變場(chǎng)、等效應(yīng)變速率進(jìn)行有限元分析。模擬結(jié)果表明：與單一的ECAP擠壓工藝相比，ECAP-FE復(fù)合擠壓變形工藝能有效的提高材料的變形量，使材料產(chǎn)生累積變形，細(xì)化晶粒；并且，ECAP-FE復(fù)合擠壓變形工藝所獲得的平均等效應(yīng)變提高了約2倍，等效不均勻系

5、數(shù)有很大幅度的下降，且等效應(yīng)變呈軸對(duì)稱分布，因此ECAP-FE能實(shí)現(xiàn)較高的累積塑性變形；而且，在ECAP-FE復(fù)合擠壓工藝中，正擠壓的模面能夠?yàn)镋CAP擠壓過程提供有效背壓，減小剪切帶面積，使之更接近理想的簡(jiǎn)單切變；使得經(jīng)ECAP-FE擠壓后的最大等效應(yīng)變速率為0.9916，最大等效應(yīng)變速率顯著提高。由此表明ECAP-FE復(fù)合累積塑性變形工藝可獲取更加細(xì)小、均勻的晶粒組織。此結(jié)果為ECAP-FE復(fù)合擠壓工藝的進(jìn)一步深入研究提供了理論依據(jù)