基于Gurson模型的镁合金板材温热冲压成形研究

在Gurson损伤模型的基础上,采用有限元数值模拟与温热冲压实验相结合的方法,对镁合金板材温热冲压成形过程中的材料损伤过程进行了预测.考虑了板材的塑性各向异性行为,通过用户自定义材料子程序VUMAT将损伤模型嵌入到有限元软件ABAQUS/Explicit中.采用单轴拉伸试验数据与有限元数值模拟结果进行迭代,确定了Gurson模型所需要的材料参数.使用ABAQUS模拟得到了镁合金板材温热冲压过程中微孔洞的演变及分布规律.通过扫描电子显微镜,对不同温度下的AZ31镁合金板材由孔洞增长和聚合引起的内部损伤演化进行了观察分析.研究结果表明,板材中微孔洞的分布与实验数据相吻合,说明本文所提出的方法可以应用于金属板材温热冲压成形性能预测.     

凹模温度对AZ31B镁合金板材冲压成形性能的影响

采用Nakazima半球凸模胀形法获取不同凹模温度下AZ31B镁合金板材的成形极限曲线(FLC),研究了温冲压过程中凹模温度对镁合金板材成形性能的影响.运用有限元法对等双拉试样进行热-力耦合模拟,得到不同凹模温度下的温度场,分析AZ31B镁合金板材与凹模在热传递过程中的热-力耦合关系.另外,通过试制汽车行李箱铰链支架盖板零件,验证了实际工况下凹模温度对AZ31B镁合金板材成形极限的影响.结果表明:凹模温度的降低,会显著改变AZ31B镁合金薄板成形时的温度梯度分布,造成材料成形极限的下降以及破裂位置的改变;不同凹模温度下所得FLC的模拟值与其实验值相符.     

镁合金板材温热成形性能

通过热模拟单拉试验,获得了AZ31镁合金板材在不同工艺条件下的真实应力应变曲线,分析了温度和应变速率对流变应力的影响.通过极限拉伸比试验,研究了轧制、退火、拉伸温度、拉伸速度、拉延间隙以及压边力等工艺因素对镁合金板材成形性能的影响.结果表明:交叉轧制和退火工艺能够显著提高镁合金板材的力学性能;在极限拉伸温度150℃、极限拉伸速度15 mm/s的工艺条件下,极限拉伸比能够达到3.0;AZ31镁合金板材适宜的拉延间隙为板厚的1.2倍.     

等径角挤压工艺对AZ31B镁合金板材冲压性能的影响

对采用等径角挤压(ECAE)工艺前后AZ31镁合金板材的性能参数和冲压成形性能进行了研究.结果表明,经过等径角挤压工艺处理后镁合金板材的应变硬化指数n值、各向异性r值和极限拉深比LDR值均得到了优化,从而改善了镁合金板材的冲压性能.     

热轧AZ31镁合金薄板的室温成形性

针对AZ31镁合金板材室温冲压成形较差的特点,采用不同轧制温度获得镁合金板材,使用半球形凸模胀形,绘制镁合金室温成形极限图并分析轧制温度对镁合金板材组织和室温成形能力的影响.发现AZ31镁合金板材的成形性能不仅与晶粒尺寸有关,还与晶粒取向有关.基面织构的减弱可明显提高板材的胀形性能,在基面织构强度相似的情况下,晶粒尺寸对板材的成形性能起决定性影响.     

AZ31镁合金轧制板材各向异性力学性能研究

在几种厚度的AZ31镁合金轧制板材上沿不同方向取样进行常温单向拉伸和压缩实验,研究了AZ31镁合金轧制板材的各向异性力学性能。基于晶体塑性理论,探讨了织构对金属板材宏观各向异性的影响。分析表明,轧制镁合金板材具有明显的各向异性力学性能及拉压不对称性。在轧制(RD)方向的抗压及抗拉屈服强度明显小于横向(TD),各个方向的抗拉屈服强度明显大于抗压屈服强度。不同轧制工艺对板材的力学性能影响较显著,主要表现在屈服应力不同和延伸率不同。基于实验结果与晶体塑性理论,本文从多角度分析了轧制工艺对AZ31镁合金各向异性力学性能及拉压不对称性行为的影响。     

AZ31温轧过程变形区温度模拟

AZ31镁合金薄板温轧过程中引起变形区温度波动的因素较多,因此变形区温度的精确预测是保证轧制工艺及产品质量的关键.本文利用有限元数值模拟软件针对AZ31镁合金薄板温轧过程变形区温度进行了数值模拟,给出了轧辊及轧件的物性参数及模拟的初始条件和边界条件,确定了影响变形区温度的5个关键因素为轧辊温度、轧件温度、轧件厚度、轧制速度及压下率.通过5水平的模拟正交实验方法获取模拟数据,回归了变形区温度数学模型,最后通过一组温轧模拟实验数据测试了数学模型计算精度.     

基于GTN模型的AZ31镁合金手机壳拉深工艺分析

基于GTN损伤模型,采用有限元软件ABAQUS建立了手机壳的有限元模型,并将模拟结果与试验对照,验证了有限元模型的可靠性。分析了成形温度、压边间隙和摩擦系数等对镁合金手机壳冲压成型过程的影响。通过比较不同参数下的孔洞体积分布,分析出各个工艺参数对手机壳拉深的影响。通过对三个拉深过程中的主要工艺参数模拟结果进行分析比较,得出了AZ31镁合金手机壳最合适的成形温度和压边间隙,而较低的摩擦系数0.05能够使板材更好地成形。     

优异力学性能的AZ31镁合金挤压板材:多类型织构的作用

采用横向梯度挤压（TGE）和传统挤压（CE）工艺制备Mg–3Al–1Zn（AZ31）镁合金板材，系统地研究了镁合金在挤压工艺中流变和动态再结晶行为，并对挤压AZ31镁合金板材的微观组织、织构和力学性能进行了分析。结果表明，由于在横向梯度挤压工艺中引入了沿板材横向额外流速和沿挤压方向流速差，板材具有细小晶粒的微观组织和多种类型的织构。板材横向从边缘到中心基极逐渐偏离法线方向，在板材中心区域达到最大倾角65°。此外，除了横向梯度挤压板材中心区域外，板材基极沿挤压方向向横向偏转40°–63°。与传统挤压板材相比，横向梯度挤压板材具有高的延展性和应变硬化指数（n值），低的屈服强度和Lankford值（r值）。由于横向梯度挤压板材在变形过程中基面滑移和拉伸孪晶容易被激活，板材延伸率最高可达41%，屈服强度低至86.5 MPa。     

超声铸造对AZ31镁合金铸锭及热轧板材组织与性能的影响

采用超声铸造方法制备AZ31镁合金铸锭,并对其组织性能进行研究.研究结果表明:超声铸造后AZ31合金铸锭晶粒尺寸平均值为140 μm,比常规铸造的铸锭品粒尺寸350 μm更细小,同时合金中第二相分布更加均匀弥散,这使合金铸锭的综合力学件能提高并有利于后续铸锭的热轧开坯.经过超声铸造的AZ31镁合金热轧后板材的品粒尺寸(5～30 μm)也比常规铸造锭坯热轧板材晶粒尺寸(40～60 μm)要细小,这使超声铸造AZ31镁合金热轧后板材的典型力学性能比常规铸造后热轧的合金板材的好,抗拉强度提高约18％,伸长率相当;超声铸造有利于细化AZ31镁合金晶粒,改善第二相在枝晶间的分布,提高合金的力学性能和加工变形能力.     

基于三点支撑法镁合金刚度特性的实验研究

镁合金的弯曲刚度是其工程应用的重要考核指标之一.通过三点支撑法分别研究了厚度为2.16mm与3.66mm的AZ31和AZ31B镁合金板的杨氏模量及弯曲刚度.结果表明,AZ31和AZ31B镁合金的杨氏模量和弯曲刚度相差不大.杨氏模量的值介于41.74~45.1GPa之间,弯曲刚度的值介于28.4~30.8GPa之间.对与3.66mm厚镁合金试件具有相同面密度的铝合金和钢质试件做了相同的研究,结果表明,镁合金板具有更高的抗弯系数.同时AZ31镁合金的比刚度为钢板比刚度的93.2%,比铝合金板高20.6%,AZ31B的比刚度比AZ31的略低.因此,镁合金是最合适的轻量化设计材料.     

非线性组合硬化条件下镁合金板料变形回弹预测

变形回弹作为金属板料成形的主要缺陷之一,如何提高变应变路径条件下的回弹预测精度一直是研究者们面临的难题.本文针对镁合金变形特点,提出了同时考虑同向硬化、动态硬化和屈服圆畸变的本构模型.以0.8mm厚AZ31B镁合金板料为研究对象,施加不同预拉伸后进行弯曲变形试验,观察了不同预变形对回弹规律的影响.同时结合有限元分析ABAQUS-Explicit(Vumat)和ABAQUS-Implicit(Umat)对板料的变形及回弹过程进行模拟仿真,对比试验与模拟结果,验证动态硬化对于镁合金板料变形回弹的重要影响.     

AZ31B镁合金I型材室温弯曲成型研究

由于镁合金AZ31B材料在拉伸与压缩时的力学性能差异,使AZ31B型材在室温下成型规律很难掌握.文章以AZ31B镁合金I型材为研究对象,通过对I型材弯曲过程的数值分析,研究了I型材成型过程与加强筋的高度与厚度的关系,同时对成型过程中的受力、回弹现象及翘曲做了深入的分析,得出了对工程有实用性的结论,可以指导工程实际.     

Effects of the types of overlap on the mechanical properties of FSSW welded AZ series magnesium alloy joints

The effects of the types of overlap on the mechanical properties of the friction stir spot welding (FSSW) welded AZ series magnesium alloy joints were investigated by microstructural observations, microhardness tests, and tensile tests. The results show that the microstructure of the stir zone adjacent to the periphery of the rotating pin is mainly composed of the upper sheet. The average distance D between the longitudinal segment of the curved interface and the keyhole periphery, the tensile shear force, and the microhardness of the stir zone of the FSSW welded AZ61 alloy joint are the highest in all samples. During FSSW of AZ31 and AZ61 dissimilar magnesium alloys, the irregular deformation of the longitudinal segment of the curved interface appears, while the microhardness of the stir zone is higher when AZ61 alloy is the upper sheet. Moreover, the microhardness of the stir zone increases initially and then decreases sharply in the longitudinal test position.     

Kinetics of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy during homogenization

The kinetics of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy with different thicknesses during homogenization was analyzed. It is shown that fine grains are first formed at the boundaries of deformed bands in the twin-roll casting slab. The recrystallized grains with no strain are gradually substituted for the deformed microstructure of twin-roll casting AZ31 magnesium alloy. The incubation temperature and time for the recrystallization of a twin-roll casting AZ31 magnesium alloy strip with a thickness of 3 mm are lower and shorter than those of the 6-mm thick strip, respectively. The 3-mm thick twin-roll casting magnesium alloy has finer grains than the 6-mm thick strip. The activation energies of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy slabs with the thickness of 3 and 6 mm are 88 and 69 kJ/mol, respectively. The kinetics curves of recrystallization for twin-roll casting AZ31 magnesium alloy were obtained.     

Mechanical behavior and microstructure evolution for extruded AZ31 sheet under side direction strain

AZ31 magnesium alloy sheets were prepared by a conventional extrusion (CE) and a novel integrated extrusion with side direction strain (SE). The microstructure characterizations, crystallographic texture and mechanical property tests were carried out and compared between the extruded Mg alloy sheets processed by CE and SE. The results indicated that the SE sheets exhibited an excellent combination of strength and ductility. To reveal the side strain effect, the finite element model was employed to investigate the effective stress and strain behavior of the AZ31 magnesium alloy sheets during CE and SE processes. It was found that the SE process was effective in weakening the stress and strain concentration. This implied that it developed an additional side direction strain through the sheet thickness during the hot extrusion. Meanwhile, the side strain shear paths could promote the local accumulation of dynamically recrystallized grains and increase the random high-angle boundaries to achieve weak (0002) basal texture. Important factors including the side strain path and extrusion parameters need to be taken into account to understand the deformation mechanism and microstructure evolution.     

连续流变成形过程中热流耦合场对合金组织的影响

为优化连续流变成形制备AZ31镁合金材料的工艺条件,利用有限元法模拟出了其在不同浇注温度条件下的速度场和温度场,并通过实验验证了模拟结果,分析了热流耦合场对合金组织的影响.结果表明:连续流变成形技术制备AZ31半固态合金的过程中,合金运动速度由靴侧到轧辊侧呈线性递增,在近轧辊处出现速度最大值,合金与靴接触边界速度为零;合金温度场由浇口到辊-靴型腔出口温度逐渐降低,并且等温线向轧辊侧偏离;合金出口温度与浇注温度基本呈线性的正比例关系变化,且模拟出的最佳浇注温度范围为730～770℃.     

植酸改性对AZ31镁合金表面细胞黏附性能的影响

用浸没法在AZ31镁合金表面制备植酸涂层,用携带能谱仪的扫描电子显微镜研究了表面涂层的化学组成和形貌,并用直接法和间接法分别在植酸改性前后的镁合金表面培养细胞,检测细胞存活率,考查人骨肉瘤细胞在植酸改性前后镁合金表面的黏附能力。结果表明：在镁合金表面形成均匀的植酸涂层,植酸改性前后镁合金对细胞存活率影响相近,但细胞在植酸改性前后镁合金表面的黏附能力存在显著差异,植酸改性可有效改善AZ31镁合金的细胞黏附性能。     

铈对AZ31镁合金铸态组织的影响

研究了Ce对AZ31镁合金铸态组织的影响.研究结果表明:添加0.5～1.5 wt%Ce到AZ31镁合金中不但不能细化舍金的晶粒,反而使合金的晶粒变得粗大,并且粗化趋势受Ce加入量的影响较大.当添加0.5 wt%Ce到AZ31镁合金中后,合金的平均晶粒尺寸从最初的60靘增大到164靘.此后,随着Ce加入量从0.5 wt%增加到1.5 wt%,合金的平均晶粒尺寸又开始逐渐减小,但仍大于未添加Ce合金的平均晶粒尺寸.