反復(fù)壓縮大塑性變形技術(shù)制備NZ30K鎂合金的研究.pdf

1、本文以Mg-3.0Nd-0.2Zn-0.4Zr(wt.％, NZ30K)鎂合金為研究對象,采用DEFORM-3D有限元模擬軟件對反復(fù)鐓壓(Repetitive upsetting, RU)和循環(huán)閉式模鍛(Cyclic closed-die forging,CCDF)兩種反復(fù)壓縮大塑性變形技術(shù)進(jìn)行了熱力耦合數(shù)值模擬研究,分析了工藝參數(shù)對材料流動、溫度分布、等效應(yīng)力分布和等效應(yīng)變分布等的影響。在400℃下,分別采用反復(fù)鐓壓和循環(huán)閉式模鍛技術(shù)

2、對NZ30K鎂合金進(jìn)行了多道次加工,對合金的微觀組織、力學(xué)性能、織構(gòu)變化進(jìn)行了研究。
　　利用有限元模擬軟件DEFORM-3D對NZ30K反復(fù)鐓壓0、1、4和8道次的變形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。模擬分析結(jié)果表明,反復(fù)鐓壓時(shí)坯料在沖頭的作用下發(fā)生橫向方向的流動并逐漸充滿下型腔;應(yīng)力集中區(qū)域主要在塑性變形最為劇烈的模具拐角處;隨著加工道次的提高,材料的累積等效應(yīng)變量逐漸不斷提高,8道次后達(dá)到11.1~12.7;隨著加工道次的增加,材料

3、等效應(yīng)變的分布越來越均勻;峰值載荷隨著道次增加而逐步降低。
　　在400℃下采用反復(fù)鐓壓技術(shù)對NZ30K鎂合金進(jìn)行了0、1、4和8道次的加工,研究了工藝參數(shù)對合金微觀組織、力學(xué)性能和織構(gòu)變化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,反復(fù)鐓壓技術(shù)能強(qiáng)烈地細(xì)化NZ30K鎂合金的組織,8道次加工后材料的平均晶粒尺寸為4μm,材料的組織變得很均勻。反復(fù)鐓壓加工能有效改善材料的強(qiáng)度和延伸率,8道次加工后材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和塑性分別達(dá)到208.2Mpa、2

4、48.5MPa和30.1%,而加工之前分別為153.3MPa、214.0MPa和8.4%。
　　利用有限元模擬軟件DEFORM-3D對NZ30K循環(huán)閉式模鍛0、1和4道次的變形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,并在400℃下采用該技術(shù)對NZ30K鎂合金進(jìn)行了相應(yīng)道次的加工,研究了工藝參數(shù)對合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。模擬分析結(jié)果表明,循環(huán)閉式模鍛加工過程中材料發(fā)生了鐓粗變形,試樣的橫截面積增加,材料的上半部分變形程度比底部要高;等效應(yīng)變最

5、大的地方始終是材料上半部分的兩端區(qū)域;經(jīng)過循環(huán)閉式模鍛多道次加工后,材料的累積應(yīng)變量不斷提高,4道次加工后,材料的等效應(yīng)變范圍為6.2~8.5。循環(huán)閉式模鍛技術(shù)能強(qiáng)烈地細(xì)化NZ30K鎂合金的組織,大幅度提高NZ30K鎂合金材料的力學(xué)性能。經(jīng)4道次加工后,合金的平均晶粒尺寸從初始坯料的90μm大幅度降低到5μm,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到了226.4MPa和259.4MPa,比加工之前的153.3MPa和214.0MPa,分別提高了47.

6、7%和21.2%,材料的延伸率達(dá)到30.7%,比加工之前的8.4%提高了264.2%。
　　采用反復(fù)鐓壓加工4道次后,NZ30K鎂合金的室溫拉伸曲線上觀察到了屈服降現(xiàn)象。8道次后,拉伸曲線上出現(xiàn)了屈服平臺,而0道次和1道次的拉伸曲線上則沒有觀察到。隨著加工道次的提高、晶粒的細(xì)化,屈服現(xiàn)象變得越來越明顯。采用循環(huán)閉式模鍛加工4道次后,拉伸曲線上也發(fā)現(xiàn)了類似的屈服現(xiàn)象。目前鎂合金拉伸實(shí)驗(yàn)中的屈服現(xiàn)象是比較少見的,屈服現(xiàn)象跟細(xì)晶鎂合金中