基於多晶體彈塑性本構模型的鎂合金板材成形極限研究

《基於多晶體彈塑性本構模型的鎂合金板材成形極限研究》是依託上海交通大學，由李大永擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於多晶體彈塑性本構模型的鎂合金板材成形極限研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李大永
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

成形極限是板材成形性能的重要判據，成形極限的預測取決於準確的本構模型。鎂合金板材的巨觀力學性能依賴於自身的密排六方晶體結構，其成形性能與滑移、孿生微觀變形機制以及織構特性密切相關。本項目以AZ31板材為對象，基於晶體塑性理論和鎂合金變形機理分析，研究晶體滑移、孿生及其相互作用的表征和多晶體均勻化方法，建立有限變形條件下鎂合金板材密排六方多晶體彈塑性自洽本構模型，導入有限元模型，模擬成形過程與微觀織構演化；將所建立彈塑性自洽本構模型與M－K損傷失穩模型相結合，建立基於織構演化的鎂合金板材成形極限計算方法；研究鎂合金板材線上性與非線性應變路徑下的成形極限，揭示初始缺陷、硬化係數、率敏感係數、初始織構以及預應變誘導織構等對鎂板成形極限的影響規律。本項目研究旨在發展鎂板成形理論與密排六方晶體塑性建模方法，為鎂板成形技術的開發和套用提供理論支持。

結題摘要

鎂合金作為重要的輕量化材料，受到世界各國高度重視。與鋼、鋁等其它常用金屬相比，對於鎂合金塑性成形理論方面的基礎研究還相對滯後，成為阻礙鎂板成形套用的瓶頸之一。多晶體塑性力學以材料微觀結構信息為出發點，通過多尺度建模與計算，建立微觀結構–巨觀性能之間的對應關係。以晶體塑性理論為基礎，研究滑移、孿生等機制對鎂合金變形及織構演化的作用規律，探索鎂合金塑性變形的機理，是國際塑性加工領域的一個熱點。 本項目主要研究內容和結果如下： 開展AZ31B板材在100～300C溫度範圍內，不同方向、應變率下的單向拉伸及壓縮試驗，分析了應力應變曲線、r值、微觀組織隨應變的演化規律。單向拉伸時，r值在低溫下隨應變增加而逐漸增大；在200/300C面內單向壓縮時，首次觀察到r值演化規律與100/150C時顯著不同：隨應變增加而逐漸減小；在200C沿軋制方向壓縮時，觀察到特殊的板條狀組織。 通過多晶體塑性計算，從變形機制角度解釋了試驗中r值、織構及微觀組織的演化規律。在200C下RD壓縮中，柱面滑移與基面滑移開動率之比隨應變增加而逐漸減小，導致r值的異常演化；與RD拉伸及ND壓縮相比，RD壓縮中由於較大的旋轉‘空間’導致了在沿載入方向取向差高演化速率，從而生成特殊板條狀組織。 開展AZ31B板材的單向拉伸、準平面應變及等軸雙拉三種預應變實驗及剛模脹形試驗。AZ31B板材的成形性能隨溫度的升高而改善，隨凸模速度增大而減弱。在150C時，單向拉伸下極限應變與平面應變間存在巨大的差異，而隨著變形溫度的升高此差異由於錐面滑移開動的增強而減小；單向拉伸及平面應變預應變會改善成形性能，等軸雙拉會降低成形性能，與室溫下鋁合金預應變後成形極限結果相比，在200C預應變對成形性能的影響並不顯著，而在300C，由於溫升及保溫過程中的退火，使得預應變效果消失。建立耦合晶體塑性理論與M-K溝槽理論的成形極限計算方法，計算鎂合金在不同條件下的成形極限。 本項目研究系統地研究了鎂合金板材溫熱條件下的變形行為，首次發現並解釋了鎂合金板材r值變化的新規律和板條狀組織的形成；開發了鎂合金板材預應變實驗方法，建立了多晶體塑性模型、M-K損傷模型耦合的成形極限計算方法。本項目的研究結果對於揭示鎂合金板材微觀變形機理、發展其塑性變形理論做出了較重要的貢獻。