大型箱体构件局部加载成形工艺及其组织演变

作     者：季金晟 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛勇;兰志强

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：AZ80镁合金 局部加载 箱体构件 有限元模拟 

摘      要：国家重大装备面临高机动性、大型化等多重要求,武器装备的轻量化已成为提高作战能力的重要手段。镁合金作为最轻的金属结构材料,在武器装备方面极具应用价值。然而,难塑性变形、压力加工成形性能差等缺点限制变形镁合金发展。因此,开展大型镁合金构件成形技术研究,有效推动镁产业的发展,实现装备轻量化的战略目标。本文针对大型箱体复杂构件成形展开研究,采用有限元数值模拟和物理实验结合的方法,提出合适的局部加载方案,主要解决大构件难成形,载荷高等问题,进而实现大型构件的降载成形。分析局部加载过程中箱体的应力场、应变场、速度场,得到最佳的成形方案和变形工艺参数。此外,分析箱体的加载区和过渡区的变形方式以及微观组织,总结变形特征和组织演变规律。根据构件结构特点,结合局部加载成形方式,针对预成形的目标型腔提出顺序挤压和对称局部挤压两种成形方式,以满足降载成形要求。金属流动不均匀导致顺序挤压过程中严重的坯料堆积,不能制备出合格的构件。对称局部挤压具有降低成形载荷、减少加载次数、灵活控制金属流动的特点。在成形过程中为避免折叠、流动不均匀等缺陷,确保构件成形质量,实现载荷的合理分配。通过单一变量法对箱体构件的局部加载成形进行模拟,结合成形载荷、应力场、应变场的变化,优化模具结构和成形工艺参数。最佳匹配参数为凸模倒圆角为20mm、凸模挤压速度为0.5mm/s、成形温度为380℃。根据不同的变形条件,将制备的箱体构件划分为过渡区和加载区。加载区等效应变值较高,等效应变均值随着凸模下压距离的增加而增加。由于一、二道次具有对称的成形特征,限制了金属流动,所以二道次挤压对已成形特征未产生明显的等效应变,三道次对相邻的已成形型腔产生等效应变;等效应力在变形过程中作用于整体坯料,由加载区向待加载区和未加载区扩散,均值随着下压距离增加而减少,后续挤压均对相邻型腔产生等效应力。局部加载造成金属流动不一致,未成形区域表现出较弱的金属流动行为。自由锻使坯料获得细小的组织,同时促进强化相的析出,坯料提供残余热量使得内部晶粒异常长大,构件的组织呈现不均匀性。晶粒细化行为的加剧主要归因于等效应变值的提升,构件的再结晶含量由内至外不断减小,导致屈服强度不断降低。过渡区晶粒沿横向偏转,残余变形晶粒的单一取向导致强织构;加载区晶粒沿挤压方向偏转,再结晶拥有随机取向不断弱化织构。