Mg-Gd-Y-Zr合金热塑性变形工艺参数优化

来源 :中南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junfeng_19860313
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本论文在Gleeble-1500热模拟实验基础上,结合Deform有限元模拟、轧制实验以及OM、SEM、TEM检测分析系统地研究了Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金热塑性变形过程中的流变应力、应变、应变速率和温度之间的相互关系,以及不同变形条件下工艺参数的优化。探讨了该合金在设定变形条件下温升情况,通过线性回归分析求得了该合金热塑性变形的材料常数,推导出了合金热塑性变形本构方程;并研究了变形温度、应变速率、变形量和变形道次对组织演变的影响。利用修正后的实验数据,建立合金的加工图并结合金相和扫描分析,得出了该合金的安全加工区域和最佳变形工艺参数;确定了合金发生动态再结晶的临界点,建立了动态再结晶体积分数和尺寸模型。通过研究原子活动机制确定了在实验条件下最优变形工艺参数,利用deform有限元软件模拟压缩变形,验证最优变形工艺参数和分析变形过程应力、应变等变化情况和分布情况。为了能够证明本文所用的工艺参数优化方法可行性,利用本文所给出的优化方式并结合实验条件制定了实验方案,进行了轧制变形实验。通过本论文研究得到以下创新性结论:(1)当应变速率为0.001~10s-1时,峰值应力随着变形温度的升高而降低,峰值应变随着变形温度的升高而提前;当变形温度为350~500℃时,峰值应力随着应变速率的加快而升高,即在此变形温度范围内合金均表现为正的应变速率敏感性;当变形温度为300℃时,流变应力随着应变速率的加快先增加后降低。该合金变形过程中变形温度一定情况下,低应变速率条件下变形温升现象不是很明显,而高应变速率产生的温升可达到50℃以上,并且温度越低温升越大。(2)随着变形温度的升高,变形均匀性越高,产生动态再结晶程度越大;当变形温度一定,应变速率越高该镁合金变形不均匀性越严重,越容易产生孔洞聚集,而不利于合金塑性变形,并且随着应变速率的增加,动态再结晶晶粒度越小;在变形温度一定、应变速率不变的情况下,随着真应变的增加,动态再结晶晶粒增多,但晶粒大小保持不变,基体晶粒逐渐被吞噬;在变形温度、应变速率和压下量完全相同的情况下,变形道次越少再结晶晶粒越多,但再结晶晶粒尺寸不变。(3)根据真应变为0.7的加工图可知,随着温度的升高功率耗散效率先降低后升高,随着应变速率的升高功率耗散效率先增加后降低,功率耗散效率随着真应变的增加先降低,后升高,最后再降低。当真应变为0.7时,安全加工区域为变形温度400~500℃,应变速率0.001~0.018s-1。并根据优化工艺原则确定该合金在真应变为0.7时最优变形工艺参数为500℃-0.01s-1和450℃-0.001s-1。并建立了这两个变形工艺条件下动态再结晶体积分数数学模型以及Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金动态再结晶尺寸模型。(4)从原子活动机制方面考虑,最后确定了Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金在本论文实验研究条件下最优变形工艺参数为450℃-0.001s-1-0.7和500℃-0.01s-1-0.7。并总结了该合金微观组织在实验条件下的四种开裂形式,即沿基体晶界处开裂、从三叉晶界处开裂、沿孪晶界处开裂和基体晶粒破碎开裂四种。(5)通过deform模拟软件研究了Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金在变形温度为500℃,应变速率为0.01s-1,真应变为0.7条件下损伤情况并分析了该变形条件下应力、应变、载荷变化规律,以及变形后应力、应变的分布情况。为了将文中所得出工艺优化从理论过渡到实践中去,根据实验室条件设置了轧制变形的实验方案,其实验结果与优化工艺完全吻合,从而进一步证实了本文工艺参数优化的正确性和实践性。
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