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摘要3003 铝合金为铝-锰系合金，具有较高的塑性，良好的抗腐蚀性及焊接性，可加工成板材，棒材及管材等半制品，具有广泛的应用。本课题应用 Gleeble 热模拟试验机对3003铝合金进行热压缩试验，研究了 3003 铝合金在 20℃-500℃温度范围内，应变速率在0.01s-1-10s-1下的热变形行为。通过实验所得的应力-应变数据，采用 Arrhenius 方程及 Z参数模型，分析并计算出3003 铝合金的本构方程，计算本构方程时，对其进行了摩擦修正及应变修正，以此获得流变应力、应变速率、变形温度、应变量之间更加完整精确的关系。通过动态材料模型，对实验数据进行分析计算，建立不同变形量下 3003铝合金的加工图，通过建立的加工图获得了3003 铝合金热加工失稳区及最佳加工工艺。采用电子背散射衍射技术对热压缩实验后的样品进行组织分析，研究分析了不同热变形参数对3003 铝合金组织演变的影响规律。 研究结果为拓宽 3003铝合金的应用及课题所属项目的研究提供了重要的理论依据。48044
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毕业论文关键词 热压缩试验；本构方程；动态材料模型；加工图；组织演变
Title Research on constitutive equation and effects of hot deformationparameters on microstructure evolutionof 3003 aluminum alloy
AbstractAluminum alloy 3003 is an Al-Mn series alloy, which has good ductility, goodcorrosion resistance and welding property. It can be processed into semi-finishedproduct such as plates, bars and pipes, so has widely application in many fields.Flow behavior of 3003 aluminum alloy was investigated by means of hot compressiontests on Gleeble-3500 thermo-simulation machine in the temperature range from 20℃to 500℃ and strain rate range 0.01 to 10s-1. The constitutive equation of 3003aluminum alloy was carried out by Arrhenius equation and Zener-Hollomon parametersthrough the datas of stress-strain. Measured flow stress was modified by frictionand strain correction. A revised model was proposed to describe the more completeand precise relationships of the flow stress, strain rate, temperature and strainof 3003 aluminum alloy. Based on the corrected flow stress curves, processing mapsfor 3003 aluminum alloy at different strains are developed by dynamic materialsmodel(DMM). By processing maps, we can obtain instability regions and the bestprocessing parameters. Microstructures of compression tests samples were studiedby electron back-scattered diffraction(EBSD). Effects of hot deformationparameters on microstructural evolution of 3003 aluminum alloy was studied. Theresults may provide significant theoretical foundation for the application of 3003aluminum alloy.
Keywords hot compression test; constitutive equation; dynamic materials model;processing map; microstructure evolution
目次
1绪论..1
1.1课题研究的意义及背景..1
1.2国内外研究进展..2
1.3本课题研究内容、目标及创新点.3
2实验材料及方案.5
2.1实验材料...5
2.2实验设备...5
2.3实验方案...6
2.3.1实验路线6
2.3.2Gleeble热压缩实验方案...6
33003铝合金本构方程.9
3.1应力-应变曲线...9
3.2摩擦修正因子..10
3.3建立本构方程..11
3.4验证本构方程..16
43003铝合金加工图...21
4.1动态材料模型..21
4.2建立加工图...22
4.33003铝合金加工工艺分析29
5组织分析.31
5.1原始组织...31
5.2变形温度对微观组织的影响.32
5.3变形速率对微观组织的影响.32
结论35
致谢36
参考文献37
1 绪论1.1 课题研究的意义及背景为了建立本构方程，我们需要进行热模拟，首先我们先选取合适的待压缩试样，接着采用合理的实验工艺手段，最后将加工生产过程中人们需要的一个过程或一个环节尽可能逼真地记录下来。这样做的目的是，在实际生产过程中研究问题时，可以避开一些情况复杂，影响因素繁多以及不必要的浪费等不利因素，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，提高了研究问题的效率。使用小试样作为研究对象，可以迅速、精确以及有针对性的揭示材料在加工的过程中组织性能的变化规律，最终能够预测或者评定材料在生产加工过程中出现的一些问题，这也能够为研制新材料，开发新工艺提供科学的理论基础。热模拟主要包含了热变形过程中工件与工具之间的摩擦，工件材料的物理特性以及在变形过程中工件的一些力学行为和组织变化等方面。而对材料的流动力学行为以及组织变化产出重要影响的一个因素就是材料在加工过程中的变形条件。 要建立一个精确的热模拟的模型，就得研究在热变形过程中各个参数的变化情况，因此，这是工作量巨大的一个工作。研究金属的高温塑性变形行为，需要知道材料在高温变形过程中的流变应力行为，然后构建出金属在高温下的本构方程，以此来为实际的生产加工工艺制定科学准确的方案。研究材料的高温塑性变形行为通常有 3种方法：单轴拉伸、扭转和压缩。借助这些方法了解了材料在不同变形条件下的塑性变形行为，才能进行金属成形工艺以及对成形工艺的优化设计。通过这些基本的实验方法，还可以使塑性加工成形的工作人员在研发和分类新的材料时，建立新材料的高温塑性变形行为的特点以及成形性指标。最后，用这些实验方法可以计算出应变-应变曲线的相关数据，分析材料在热变形过程中的塑性变形行为[1, 2]。本课题来源于国家自然科学基金青年基金的双金属管原位升温轧制的研究项目，此项目依托于对三辊行星轧制技术的研究。三辊行星轧制（Planet Schraege Walzwerk，简称 PSW）技术，由施罗德-西马格公司于 1974年开发，早年应用于钢棒和钢管的热加工，其一道次加工率高达 90%，生产效率高，并且管坯轧制时无须加热，完全可以由金属热变形和摩擦热达到动态再结晶的条件，组织细致均匀。九十年代引入我国，成为我国紫铜盘管的主流生产工艺之一[3-7]。上图为由三辊行星轧制出的铜铝双金属复合管，本课题通过对 3003 铝合金进行热压缩模拟试验，建立了应变修正后的本构方程，对行星轧制变形区铝合金部分的热变形行为的研究具有理论指导意义。同时，在得到修正后本构方程的前提下建立多组变形量下的 3003铝合金加工图， 依据建立的加工图可以很直观的看出 3003铝合金的变形失效区及发生动态再结晶的热变形参数区域，为三辊行星轧制提供 3003铝合金的最佳加工工艺参数。