法向壓力加載方式對板材塑性變形行為的影響研究.pdf

1、在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，提高輕合金板材成形性能研究成為板料成形技術(shù)的前沿問題之一。板材的成形性能與成形過程的應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，通過向板材施加法向壓力，可以削弱板材微觀結(jié)構(gòu)受拉狀態(tài)，抑制材料內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，是提高板材塑性的一種有效方法。半固態(tài)的粘性介質(zhì)具有易于密封、可完全包絡(luò)變形板材表面的特點，產(chǎn)生作用于整個變形區(qū)域的高壓，可以充分發(fā)揮法向壓力對板材成形性的提高作用，從而達到提高板材成形性的目的。本文提出板材粘性介質(zhì)雙向壓力脹形方法，針對板

2、材粘性介質(zhì)雙向壓力脹形中的關(guān)鍵問題開展深入系統(tǒng)的研究，為板材雙向壓力成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　首先，基于應(yīng)力成形極限準則給出的考慮法向應(yīng)力影響的板材應(yīng)變成形極限預(yù)測模型——成形極限提高因子，針對制約法向應(yīng)力提高板材成形性的幾種因素，通過對板材雙向壓力脹形過程進行解析分析，建立理想法向壓力加載曲線。結(jié)果表明，所需法向壓力加載曲線與材料真實應(yīng)力－應(yīng)變曲線密切相關(guān)，據(jù)此提出可調(diào)壓力的法向壓力加載試驗方法——覆層板粘性介質(zhì)壓力脹

3、形和板材雙側(cè)加載粘性介質(zhì)壓力脹形。
　　其次，在理論分析基礎(chǔ)上選擇Al1060作為目標板材，1Cr18Ni9Ti作為覆板材料進行了包括無覆板鋁板、有覆板（板間有潤滑）和有覆板（板間無潤滑）鋁板的三組粘性介質(zhì)壓力脹形試驗。然后根據(jù)覆層板粘性介質(zhì)壓力脹形試驗確定法向壓力加載范圍，以Al1060作為目標板材進行了不同背壓大小的雙側(cè)加載粘性介質(zhì)壓力脹形試驗研究。通過試驗研究分析比較了不同法向壓力加載條件和界面摩擦條件對板材極限脹形高度、幾

4、何形狀和應(yīng)變分布的影響。
　　隨后，對板材雙向壓力脹形過程進行有限元分析，研究法向壓力加載方式對板材變形行為的影響。對于施加覆板的粘性介質(zhì)壓力脹形，通過改變覆板材料的強度系數(shù) K值和硬化指數(shù)n值改變覆板提供的法向壓力大小和分布特征，分析法向壓力大小與分布對板材變形行為的影響規(guī)律；通過改變層疊板材之間界面摩擦系數(shù)分析法向壓力接觸條件對板材變形行為的影響。對于板材雙向加載粘性介質(zhì)壓力脹形過程，分析了背壓大小、加載速度、粘性介質(zhì)切向粘附

5、力和粘性介質(zhì)性能對板材變形行為的影響，著重分析了粘性介質(zhì)向板材提供壓力場不均勻分布的原因及其影響因素。
　　為揭示法向應(yīng)力提高板材塑性的原因，用掃描電子顯微鏡（SEM）對無覆板和有覆板鋁板脹形件斷口形貌進行觀察，用光學(xué)金相顯微鏡和透射電鏡對材料的微觀組織、位錯組態(tài)和亞晶進行了對比分析，然后還利用粘性介質(zhì)壓力脹形試驗對有覆板脹形件的力學(xué)性能進行評測。研究結(jié)果表明，法向應(yīng)力通過抑制空洞沿板材壁厚方向的擴展和連接，大幅度提高板材極限塑性

6、變形能力，有覆板鋁板脹形件變形到一定程度后通過發(fā)生回復(fù)釋放變性能，減小晶界及晶胞內(nèi)部的位錯密度，使微裂紋難以在晶界處形成，改善了變形微觀組織，削弱了力學(xué)性能的各向異性。最后，利用現(xiàn)有細觀力學(xué)模型計算了脹形試件斷裂位置空穴尺寸和空穴體積百分比的變化規(guī)律，并通過與SEM觀測結(jié)果進行對比對三維應(yīng)力條件下空穴擴張模型提出了改進要求。對Al10060不同韌性斷裂模式所對應(yīng)的應(yīng)力三軸度區(qū)域進行劃分。利用實驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法在εσσf()m空間