AZ91鎂合金高溫變形行為的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、本文通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬的方法研究了AZ91鎂合金的高溫變形行為。論文主要考察了變形條件對(duì)合金變形過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的影響，利用背散射電子衍射技術(shù)分析了該合金在高溫變形過程中發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶時(shí)的組織演變、晶界取向差的變化，研究了第二相粒子對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核及合金力學(xué)性能的影響。建立了適用于模擬AZ91熱壓縮變形中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的元胞自動(dòng)機(jī)模型，模型中充分考慮了形核率、臨界形核密度、位錯(cuò)密度增長(zhǎng)及晶粒生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力等多方面因素，重點(diǎn)考察了第二相粒子

2、對(duì)位錯(cuò)密度增長(zhǎng)及晶界遷移的影響，利用數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析了合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、再結(jié)晶晶粒尺寸變化特征、第二相粒子對(duì)再結(jié)晶晶粒形核的影響及第二相粒子的分布特征等內(nèi)容，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了AZ91合金熱壓縮過程中變形行為的數(shù)值模擬軟件。本文主要研究結(jié)果如下： 1．AZ91合金在熱擠壓過程中發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，擠壓態(tài)合金的晶粒明顯細(xì)化。擠壓比相同時(shí)，隨擠壓溫度升高，基體的再結(jié)晶程度增加，再結(jié)晶晶粒平均尺寸增大；當(dāng)擠

3、壓溫度相同時(shí)，隨擠壓比增大，基體的再結(jié)晶程度增加，再結(jié)晶晶粒分布均勻性增強(qiáng)，在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生完全的情況下，合金的平均晶粒尺寸隨擠壓比增大而減?。?2．與鑄態(tài)AZ91合金相比，均勻化處理可以降低合金的抗拉強(qiáng)度、提高其延伸率；擠壓變形同時(shí)提高了合金的抗拉強(qiáng)度和延伸率，隨擠壓比增大或擠壓溫度增加，合金的抗拉強(qiáng)度降低、延伸率增加；與室溫性能相比，在相同的擠壓條件下，150℃下拉伸時(shí)合金的抗拉強(qiáng)度較低、延伸率較高； 3．?dāng)D壓溫度一

4、定時(shí)，隨擠壓比增加，基體中析出相的比例減小、分布更加均勻；擠壓比一定時(shí)，隨擠壓溫度升高，基體中析出相的比例減小、分布更加均勻：EBSP分析結(jié)果表明，變形過程中析出的第二相粒子有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形核、晶粒細(xì)化； 4．變形溫度是決定AZ91合金熱壓縮變形中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶方式的主要因素，溫度較低(250℃和300℃)時(shí)，變形過程中發(fā)生大量孿晶，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒優(yōu)先在原始晶粒晶界和變形初期產(chǎn)生的大量孿晶處形核；溫度較高(350℃和400℃)時(shí)，

5、變形過程中沒有明顯的孿晶現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒在原始晶粒晶界處形核并發(fā)生長(zhǎng)大，變形過程中發(fā)生了明顯的多次循環(huán)再結(jié)晶； 5．在Gleeble實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行高溫壓縮時(shí)，隨應(yīng)變量增加，小角度晶界逐漸轉(zhuǎn)變成大角度晶界，2°～4°小角度晶界的分?jǐn)?shù)降低，4°～15°的小角度晶界及大角度晶界的分?jǐn)?shù)增加；隨應(yīng)變速率降低，合金穩(wěn)態(tài)組織中的小角度晶界(<15°)的分?jǐn)?shù)及其長(zhǎng)度增加，而大角度晶界(>15°)的分?jǐn)?shù)及其長(zhǎng)度減少； 6．AZ91．合金

6、在擠壓及熱壓縮過程中均易形成強(qiáng)烈的纖維織構(gòu)，不同的是，擠壓后合金基體中基面平行于擠壓方向，而壓縮后合金基體中基面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)并逐漸趨于與壓縮軸成90°方向； 7．溫度較低或應(yīng)變速率較高時(shí)，流變曲線所達(dá)到的峰值應(yīng)力較大，而在相同的應(yīng)變速率下，峰值應(yīng)變隨溫度升高而明顯減??；流變應(yīng)力、應(yīng)變速率和變形溫度之間的關(guān)系可用雙曲正弦函數(shù)A[sinh(ασ))]<'n>=εexp(Q/RT)表示，其中平均激活能Q=175.82KJ/mol，應(yīng)力因子

7、a=0.013MPa<'-1>，應(yīng)力指數(shù)，n=5.6；峰值應(yīng)變與變形條件(Z參數(shù))之間滿足關(guān)系式ε<,p>=2.1×10<'-3>Z<'0.124>；-( θ/ σ)-σ曲線因不同溫度下變形機(jī)制的不同而變化； 8．DRX-CA模型模擬的AZ91合金熱壓縮過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線、組織轉(zhuǎn)變及穩(wěn)態(tài)組織中晶粒尺寸分布和晶粒邊數(shù)分布等計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好； 9．變形初始階段，由于再結(jié)晶晶粒形核的發(fā)生，基體內(nèi)晶粒數(shù)量急劇增加，平均

8、晶粒尺寸急劇下降，隨變形量增加，平均晶粒尺寸下降的速率減緩直至達(dá)到某一穩(wěn)態(tài)值，且穩(wěn)態(tài)晶粒尺寸隨著變形溫度的升高而增加；初始晶粒平均尺寸呈線性下降直至原始晶粒完全被細(xì)小的再結(jié)晶晶粒吞噬，而再結(jié)晶晶粒平均尺寸增加至峰值后緩慢下降至某一穩(wěn)態(tài)值； 10．變形過程中多循環(huán)再結(jié)晶的發(fā)生使流變曲線具有明顯的單峰特征，并使得基體組織即使在原始晶粒完全消失的情況下仍可進(jìn)一步細(xì)化直至穩(wěn)態(tài)； 11．變形過程中不斷析出的第二相粒子有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)