多晶體材料塑性變形過程中織構演變的有限元模擬.pdf

1、隨著先進制造技術的飛速發(fā)展，在確保產(chǎn)品形狀、尺寸精度的同時，更加注重產(chǎn)品的內部質量。金屬塑性成形過程已不僅要滿足產(chǎn)品形狀的基本要求，更重要的是通過材料塑性變形提高產(chǎn)品的綜合機械性能。金屬材料大多是晶粒的集合體，即多晶體。經(jīng)過變形的多晶體材料中各個單晶體的取向并不是隨意分布的，它的晶粒一般有擇優(yōu)取向，即材料的織構。材料織構的存在使得材料的機械性能呈各向異性。在成形過程中，多晶體材料的宏觀塑性變形行為與材料的織構是交互影響的。在金屬成形過程

2、中發(fā)生的材料織構演變，不僅對變形過程本身產(chǎn)生作用，而且在很大程度上直接決定了產(chǎn)品的宏觀力學性能。因而，定量研究金屬成形過程中織構的演變過程具有重要的理論意義和實用價值。對于復雜的成形過程，將有限元方法與多晶體塑性模型相結合是有效預測多晶體材料塑性變形過程中織構演變的數(shù)值方法；它可以分析材料織構與材料變形歷史之間的交互作用。本文采用Taylor多晶體模型作為材料的本構模型與有限元模擬系統(tǒng)耦合；該系統(tǒng)可預測晶體為立方結構的純金屬材料、晶體結

3、構對稱性較低的純金屬和合金材料成形過程后的織構及上述材料初始織構對成形件尺寸精度的影響。為驗證模擬系統(tǒng)預測結果的可靠性，本文對初始織構為均勻分布的OFHC純銅材料在單向拉伸、單向壓縮、平面應變條件下的壓縮及剪切過程中不同變形程度下的織構分布和應力-應變關系進行了預測，并與試驗結果進行了比較，得出了以下結論： (1)預測結果與試驗結果比較吻合，說明預測結果可靠； (2)經(jīng)過單向壓縮和單向拉伸變形后，材料的織構為軸對稱，其對

4、稱軸與試樣的壓縮/拉伸方向平行；拉伸變形后的織構分布主要集中于〈111〉和〈001〉方向；而試樣單向壓縮變形后的織構分布則集中于〈212〉、〈01817〉和〈097〉方向；由于Taylor模型要求每個晶體的變形與多晶體的宏觀變形相等，使得晶體受到過多約束，因此模擬結果獲得的{110}晶面的極圖分布在中心存在孔，而試驗結果中沒有。 (3)OFHC純銅經(jīng)過平面應變壓縮變形后的織構分布與軋制織構分布相似；不考慮軋制方向的摩擦力，軋制過

5、程可近似為平面應變壓縮過程。 (4)試樣經(jīng)過單向剪切變形后，織構分布為中心對稱，且在變形較大時，在織構分布極圖中可以看到明顯的材料宏觀轉動。 同時本文還對具有均勻織構分布和軋制織構分布的兩類OFHC純銅試樣的單向壓縮過程進行了分析，比較了不同壓下量下試樣的變形構形。具有均勻織構的試樣在壓縮過程中構形始終保持軸對稱；而軋制織構的試樣在垂直壓縮軸的平面內變形不均勻，且該不均勻量隨著壓縮量的增加而加劇。兩種試樣經(jīng)過變形形其織構