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镁合金薄壁管材挤压-剪切扩径成形工艺及组织性能研究

镁合金薄壁管材挤压-剪切扩径成形工艺及组织性能研究

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作者：梁鹏程重庆理工大学

学位级别：硕士

镁及其合金是实际工程应用中最轻的金属结构材料,具有广阔的应用前景。挤压加工是镁合金管材最常见的生产方式。管材通过扩径成形的方式能够减小成形设备的体积,降低生产成本。本文在课题组前期的研究基础上提出将挤压、剪切、扩径三道... 详细信息

镁及其合金是实际工程应用中最轻的金属结构材料,具有广阔的应用前景。挤压加工是镁合金管材最常见的生产方式。管材通过扩径成形的方式能够减小成形设备的体积,降低生产成本。本文在课题组前期的研究基础上提出将挤压、剪切、扩径三道工序结合起来的新型镁合金管材大塑性变形方式即管材（Tube）挤压（Extrusion）—剪切（Shear）—扩径（Expander）成形工艺（简称tese）。通过有限元模拟、成形实验、微观组织结构表征、力学性能测试等相关工作探究了tese成形管材与普通成形管材在力学性能与显微组织结构上的差异性;研究了tese工艺成形过程中的显微组织演变以及不同工艺参数（温度、剪切角）对成形管材的影响规律。主要结论如下:1.tese成形过程中随着行程的增加载荷值不断增大,最后进入稳定挤压阶段,载荷值趋于一个定值。tese工艺的最大扩径比能够达到3,但当扩径比为2.5时出现了流动不均匀的现象以及损伤值分布均匀性变差,此时管材的部分区域可能会有大量裂纹的萌生。成形温度的升高以及摩擦的降低会导致相同行程下所需载荷的降低;增大成形速度会使得在相同行程下,变形区以及管材成形区的温度升高,温度场分布的均匀性变差;剪切角的减小会使得管材应变量的增大,同时随着剪切角的减小,应变的均匀性也会随之降低,剪切转角处是整个变形区应变最大的位置。2.对比于普通成形的管材,tese工艺成形管材的晶粒尺寸要更加细小且分布更加均匀;普通挤压成形的管材呈现的断口形貌多为准解理断裂的特征而tese工艺所成形管材的断口特征为韧性断裂的特征,在力学性能（硬度、强度、延伸率）tese管材也优于普通挤压成形管材。tese成形管材的抗拉强度在290MPa左右,而普通成形管材的抗拉强度只有230MPa。相比于普通挤压成形,扩径剪切段的加入,能有效的弱化管材的基面织构,促进动态再结晶的程度,能使更多的晶粒处于软位向。3.在tese成形的过程中,晶粒经过不断破碎、反复再结晶后形成均匀细小的等轴晶粒。随着变形的进行,基面织构的强度得到弱化、再结晶晶粒的比例不断提高以及基面滑移系的SF值增大。在tese成形过程中出现了{10-12}拉伸孪晶,成形管材中,孪晶消失。4.随着剪切角度α的减小（应变量的增大）,成形管材的晶粒尺寸变小,同时均匀性也会变差。当剪切角α为130°时,管材的强度、硬度值最高。140°剪切角下所成形的管材塑性最好。随着剪切角度的减小,基面织构发生偏转,极图的弥散程度加强;剪切角度α为140°和130°时,沿ED方向加载时,基面滑移系的SF均值都在0.3以上,剪切角度为150°时基面滑移系的SF均值只有0.25。5.在一定的温度区间内,温度的升高导致晶粒尺寸的增大;温度对成形管材的硬度值影响较小;温度的升高导致基面织构的强度减弱;在一定范围内的温升也会促进管材再结晶的程度,440℃成形时,管材的再结晶比列达到了90%以上,只有极少部分的晶粒处于亚结构和变形状态;410℃成形时,沿ED方向拉伸时的基面滑移系SF均值最高。根据力学性能以及微观组织结构,对所考虑的两个因素（温度和剪切角度）进行综合分析得出:剪切角度为140°;温度为410℃是最优的工艺参数。

关键词：镁合金有限元模拟 tese工艺显微组织结构力学性能

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