AZ31镁合金应力应变关系的测定与四维描述
AZ31镁合金棒材在不同温度下拉伸和压缩变形机制分析
收稿日期：２０１８－０１－０６ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（项目编号：５１１７４１８９，５１４０５３１０） 作者简介：宋广胜（１９７１－），男，辽 宁 丹 东 人，副 教 授，博 士，主 要 研 究 方 向：镁 合 金 塑 性 变 形 工 艺 及 机 理，Ｅｍａｉｌ：ｓｏｎｇｇｓ１７＠
１６３ｃｏｍ。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｄｕｒｉｎｇｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓ ｉｎｇｅｘｔｒｕｄｅｄＡＺ３１Ｍｇａｌｌｏｙｒｏｄａｔｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，１００℃，１７０℃，２３０℃ ａｎｄ３００℃，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｍｉｃｒｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｅｘｔｕｒｅｏｆｔｈｅｒｏｄａｆｔｅｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｅｒｅａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌｔｈａｔａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｏｆｅｘｔｅｎｓｉｏｎｔｗｉｎｗａｓａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｓｉｌｋｔｅｘｔｕｒｅｏｆｔｈｅｅｘｔｒｕｄｅｄＭｇａｌｌｏｙｒｏｄ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｕｒｖｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｅｎｓｉｏｎａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｔｒｕｄｅｄＭｇａｌｌｏｙｒｏｄ，ａｎｄｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｗａｓ ｎｏｔｄｉｓｐｌａｙｅｄｗｈｅｎｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｒａｉｓｅｄｔｏ３００℃．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ（ＤＲＸ） ｏｃｃｕｒｒｅｄｆｏｒｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｔ１７０℃，ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｔｒｅｔｃｈｅｄｒｏｄｗａｓｍａｉｎｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆＤＲＸ ｇｒａｉｎｓａｆｔｅｒｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇａｔ２３０℃，ａｎｄｔｈｅＤＲＸ ｏｃｃｕｒｒｅｄｗｈｅｎｔｈｅｒｏｄｗａｓｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄａｔ３００℃．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌｓｉｌｋｔｅｘｔｕｒｅｓｔｉｌｌｅｘｉｓｔｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｄ，ｂｕｔｔｈｅｐｒｉｓｍａｔｉｃｔｅｘｔｕｒｅｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅ ｂａｓａｌｔｅｘｔｕｒｅｆｏｒｍｅｄａｆｔｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｒｏｄ．ＴｈｅＤＲＸ ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｃａｕｓｅｄｔｈｅｏｂｖｉｏｕｓ ｃｈａｎｇｅｏｆｇｒａｉｎｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．
AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系研究
AZ31B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系研究周梦成;冯飞;胡建华;雷雨;何鹏;黄尚宇;邹方利【摘要】对AZ31 B镁合金光滑圆棒和缺口圆棒进行了系列准静态拉伸试验，采用 ABAQUS 对各试样拉伸过程进行了模拟分析。
拟合得到了 Johnson-Cook 断裂失效模型的部分材料常数，建立了AZ31 B镁合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。
将建立的失效模型输入到ABAQUS中进行仿真模拟，模拟结果与试验结果基本一致，验证了断裂失效模型的正确性。
%Series of quasi-static tensile tests were conducted on smooth and notched round rod made of AZ31B magnesium alloy.ABAQUS software was used to simulate the tensile process of each sample.Part material constants of Johnson-Cook fracture failure model were fitted out,and the rela-tional model between fracture strain and stress triaxiality of AZ31B magnesium alloy were estab-lished.Inputing the fracture failure model into ABAQUS for simulation,the simulation results and ex-perimental results are basically consistent,thus the correctness of the fracture failure model was veri-fied.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P694-697,698)【关键词】AZ31B镁合金;准静态拉伸试验;Johnson-Cook失效模型;有限元模拟【作者】周梦成;冯飞;胡建华;雷雨;何鹏;黄尚宇;邹方利【作者单位】武汉理工大学，武汉，430070;武汉理工大学，武汉，430070;武汉理工大学，武汉，430070;武汉理工大学，武汉，430070;武汉理工大学，武汉，430070;武汉理工大学，武汉，430070;武汉理工大学，武汉，430070【正文语种】中文【中图分类】TG146.2镁合金是目前最轻的金属结构材料之一[1],由于节能环保的需要，镁合金在汽车、航空航天以及电子行业等领域的应用日益广泛[2-3]。
AZ31镁合金各向异性力学行为及微观形变机制的模拟研究
AZ31镁合金各向异性力学行为及微观形变机制的模拟研究镁合金因其具有高的比刚度比强度、低密度、良好的导电和导热性成为未来最具应用潜力的轻质材料之一。
然而,制约镁合金发展的主要问题在于其室温塑性变形能力差,形变各向异性严重,而从微观角度分析位错滑移、孪生等机制对镁合金的织构演化影响一直是材料学界研究的热点和难点。
本课题通过单轴拉伸实验确定材料参数,建立fortran77语言的可描述镁合金主要形变系统(位错滑移、孪生)的自洽模型,研究镁合金的宏细观力学行为以及微观机制对宏观力学性能的影响。
同时模拟镁合金板材在冷轧过程中的织构演化,并讨论了微观形变机制对织构演化的贡献。
根据由实验获得的AZ31镁合金热轧板材的单轴拉伸应力-应变曲线,拟合确定了模型所需的材料参数,建立fortran77语言的自洽模型。
热轧板材通常具有较强的基面织构。
结果表明,该模型能准确预测镁合金在不同方向加载时的单轴拉伸力学行为,沿不同方向施加载荷时微观形变系统的开动时机和贡献不同是造成宏观力学行为各向异性的根本原因。
沿RD、TD方向加载时,位错滑移是主要的形变机制,基面滑移和柱面滑移是弹塑性转变阶段主要开动的形变系统。
形变后期,锥面滑移成为塑性阶段的主导机制。
沿ND方向加载时,孪生则是主要的形变机制,该方向大多数晶粒沿C轴受拉,应力方向近似垂直于基面,导致基面滑移的schmid因子几乎为0,难以开动。
在该方向加载时,材料的宏观屈服强度明显小于其他方向。
对材料沿着不同方向加载时各晶面微观应变的分析表明,在微观尺度上,镁合金的晶格应变分布也表现出很强的各向异性。
在弹性阶段,各品面的晶格应变基本保持一致,进入塑性阶段不同晶面出现了明显的“软”、“硬”取向之分。
沿RD方向加载时,当应力载荷为150-225MPa,(0002)晶面为最软取向,(1011)为最硬取向；225MPa以后,(0002)变为最硬取向,(1011)变为最软取向,这表明随着载荷增加微观形变系统相互竞争,使得材料内部存在晶粒取向相关的应力。
AZ31镁合金在拉应力下的组织演变规律
第45卷第6期2016年12月有色金属加工NONFERROUS METALS PROCESSINGVol . 45 No . 6December 2016AZ 31镁合金在拉应力下的组织演变规律刘筱\朱必武2,王璀2,唐昌平\陈宇强1(1.湖南科技大学高温耐磨材料及制备技术湖南省国防技术重点实验室，湖南湘潭411201;2.湖南科技大学机电工程学院，湖南湘潭411201)摘要:采用In s t_ 3500拉伸试验机对挤压态AZ31镁合金在室温下进行不同应变速率的室温拉伸，利用X -射线衍射 仪和光学显微镜分别对织构和金相进行观测。
实验结果表明，拉伸后形成了卷曲的晶粒结构;动态再结晶的临界应力随着应变速率的增加而增加；应变速率对动态再结晶晶粒尺寸的影响不大，其晶粒尺寸约1〜2pm ;动态再结晶分数随 着应变速率的增加而增加。
关键词:镁合金;微观组织;动态再结晶;应变速率；中图分类号:TG146.22文献标识码:A文章编号：1671 -6795(2016)06 -0019 -04近年来，镁合金因其一系列的优点受到越来越广 泛的关注[1'2]。
但目前镁合金在工程中的应用并没有 铁碳合金和铝合金应用广泛。
原因是其具有密排六 方结构，塑性成形能力较差[3]。
细化晶粒是提高强度 和增加合金塑性成形能力的方法之一。
镁合金作为 中低层错能金属，容易发生动态再结晶[4]。
研究表 明，通过控制变形的工艺参数能有效的控制动态再结 晶，达到细化晶粒的效果[5_7]。
鉴于此，本文研究了 拉应力条件下应变速率对挤压态AZ 31镁合金晶粒结 构、晶粒尺寸和再结晶分数的影响规律。
图1拉伸试样尺寸示意图(单位:mm)Fig. 1 Size and geometry of the tensile sample2结果与讨论1实验过程为了保证实验所有镁合金样品的初始织构保持 一致，采用AZ 31挤压态样品，成分(质量分数，wt . % ) 为 A 12. 8 ~3. 2，Mn 0. 2 〜0. 1，Zn 0. 8 ~ 1. 2,余量Mg 。
AZ31镁合金板温拉深流变应力行为研究
ε的关系为 : log ε+ B n = A log
( 2)
47
σ ln ε关系 图4 均匀塑性变形阶段的 ln
Fig1 4 Relationship bet ween st ress and st rain at t he stage of even plastic deformation in log2log scale
σ ln ε关系 图 3 ln
Fig1 3 Relationship bet ween st rees and st rain in log2log scale
图 5 所示为不同温度下 n 值和应变速率的自然 对数 之 间 的 关 系 , 在 应 变 速 率 为 01 001 s - 1 ～
01 1 s - 1 , 温度为 200 ℃～ 350 ℃的范围 内 , n 值 与
( 3)
值也有一定的变化 。同一温度下 K 值的平均值与温 度的倒数的关系为 : -1 ( 5) K = - 3771 716 + 297620 T
图 9 K 值与 1/ T 的关系
Fig1 9 Relationship between K values and reciprocal of temperature
σ ln ε对应关系 图7 ln
Fig1 7 Relationship between flow stress and strain rate in log2log scale
图8 应变速率敏感指数 m 与 1/ T 的关系 图 5 n 值和应变速率对数的关系
Fig1 5 Relationship bet ween n values and logarit hmic st rain rate Fig1 8 Relationship bet ween st rain rate sensitivit y and reciprocal of temperat ure
az31镁合金的变形织构和协调变形机理
AZ31镁合金的变形织构和协调变形机理一、AZ31镁合金的变形织构AZ31镁合金是一种高性能的镁合金，具有良好的可塑性和延展性，可以用于制作各种结构件。
它的变形织构是由许多主要和次要的变形织构组成的，它们经过变形后可以形成复杂的织构。
1. 主要变形织构AZ31镁合金的主要变形织构主要包括晶粒变形、滑移变形和脱钙变形。
晶粒变形是由晶界移动而形成的，晶界可以在组织中移动，形成新的晶界，从而形成新的织构。
滑移变形是由晶粒内部滑移而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
脱钙变形是由钙原子从晶粒中沉积而形成的，它可以形成新的织构。
2. 次要变形织构AZ31镁合金的次要变形织构主要包括滑移变形、拉伸变形、压缩变形和拉伸变形。
滑移变形是由晶粒内部滑移而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
拉伸变形是由晶粒外部的力作用而形成的，它可以在晶粒外部形成新的织构。
压缩变形是由晶粒内部的压力作用而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
拉伸变形是由晶粒内部的拉伸力作用而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
二、AZ31镁合金的协调变形机理AZ31镁合金的协调变形机理是由多种变形机理协同作用而形成的，它们可以有效地改善AZ31镁合金的力学性能。
1. 晶粒变形机理晶粒变形机理是由晶界移动而形成的，晶界可以在组织中移动，形成新的晶界，从而形成新的织构。
晶粒变形机理可以有效地增强AZ31镁合金的变形织构，从而提高材料的强度和延展性。
2. 滑移变形机理滑移变形机理是由晶粒内部滑移而形成的，它可以在晶粒内部形成新的织构。
滑移变形机理可以改善AZ31镁合金的变形性能，增加材料的可塑性和延展性。
3. 脱钙变形机理脱钙变形机理是由钙原子从晶粒中沉积而形成的，它可以形成新的织构。
脱钙变形机理可以改善AZ31镁合金的变形性能，增加材料的可塑性和延展性。
三、结论AZ31镁合金的变形织构由主要变形织构和次要变形织构组成，它们经过变形后可以形成复杂的织构。
AZ31镁合金挤压成形微观组织演化的试验研究与数值模拟
AZ31镁合金挤压成形微观组织演化的试验研究与数值模拟镁合金具有质轻、比强度、比刚度高以及容易回收等优点,在汽车、航空航天等行业具有广阔的应用前景。
但由于镁合金是密排六方晶体结构,其室温成形性能很不理想,而在温热状态下具有良好的塑性成形性能。
镁合金在塑性加工过程中,会由于滑移和孪晶使晶粒发生转动而形成强烈的织构。
同时镁合金在热变形过程中容易发生动态再结晶,使晶粒细化。
试验研究表明,镁合金成形过程中的晶粒尺寸与织构演化对其材料性能有着明显影响。
因此,研究成形过程中微观组织的变化规律对预测镁合金产品性能具有重要的意义。
集成计算材料工程集选材、设计、制造、优化于一体,是材料学科一个新的研究方向。
它将材料初始的微观组织结构信息作为计算机仿真的输入,模拟宏观制造过程及相应的微观组织演变,最终获得不同度量尺度和加工过程里所有相关的材料信息,实现低成本下产品的最优化设计,并且能够缩短新材料的研发时间。
本文根据集成计算材料工程的研究方法对镁合金挤压过程的微观组织演化进行研究,采用试验和模拟两种手段,系统学习了挤压对平均晶粒尺寸和织构分布的影响,为今后镁合金产品的性能预测奠定坚实的基础。
晶体塑性力学在织构模拟中已经得到广泛的应用,本文对不同模型和模拟方法进行对比,确定最适合于AZ31镁合金的模拟方法。
首先建立了滑移主导的率无关单晶体模型,通过模拟单晶体铝板的冲压验证了其正确性。
基于该单晶体模型,分别根据泰勒模型和弹塑性自洽模型建立滑移主导的多晶体模型。
进一步考虑孪晶在织构演化中的作用,建立了耦合滑移、孪晶的多晶体塑性力学模型。
通过模拟AZ31镁合金挤压棒材在压缩过程中的织构分布,对不同的多晶体模型和模拟方法进行对比,该研究为后续的数值模拟提供理论基础。
为了研究铸态AZ31镁合金高温变形时的微观组织演化,对铸态AZ31镁合金进行了不同变形条件(温度、应变速率和应变)下的恒温热压缩试验。
在相同变形条件下,铸态棒材中间部位和边缘部位的应力应变曲线比较接近。
AZ31镁合金压缩过程中的变形性能及组织演变
逊 ,使其应用受到限制 ,因此提高铸造铝合金的强韧性 有很大意义[3 ] 。
微量元素合金化是 Al2Mg 合金强韧化的主要手 段[4] ,其作用主要是改善合金相的形态结构特征 、形成 新的高熔点 、高热稳定性的第二相或细化晶粒组织 。 稀土元素是常用的合金化元素 ,可以起到净化合金熔
收稿日期 :2008208203 ;修改稿收到日期 :2008211210 基金项目 :国家高技术研究发展计划 (863 计划) 资助项目 (2007AA03Z113) ;国家自然科学基金资助项目 (50775085) 第一作者简介 : 张磊 , 男 , 1984 年出生 , 硕士研究生 , 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室 , 武 汉 ( 430074 ) , 电 话 : 027 - 87558252 ,
-
-
应力下降 ,产生{1010} < 1120 > 滑移系 ,温度升高增加
了原子振动的振幅 ,最密排面和次密排面的差别减小 ,
-
此时容易激活潜在的滑移面{1122}锥面 , c + a 柏氏矢
量的锥面滑移系开动参与变形 ,此时锥面滑移体系又提
图 3 Mg 在不同滑移面上的临界切应力与温度的关系
2. 2 组织变化
15907184956 , E - mail :zhanglei5200 @126. com 通讯作者 :董选普 ,男 ,教授 ,1964 年出生 ,华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室 ,电话 :027 - 87558252 ,13037116051 , E - mail : dongxp @mail.
变形温度 均匀 稳 定 , 而 后 分 别 在 室 温 、200 、220 、240 、
250 、260 、280 、300 、350 ℃压缩至表面出现裂纹为止 ,清洗
AZ31镁合金板单向拉伸应变硬化指数的试验测定
Ａ ｏ ｌ Ａ Ｚ ‘
：
．
（ １ ） ～
力， 表 征材 料在 塑性 变 形 时 的 硬 化 强 度 。金 属 的 值 越大 ， 其硬 化 效 应 越 明 显 ， 抗 局 部 颈 缩 失 稳 的 能 力 越 强， 这样， 变形就 可 以不 断地 扩展 ， 使 变形 更均 匀 ， 成形 极 限越 高 。在 大多数 情况 下 ， 值 越 大 ， 板 料 的 局 部应 变能力 越 强 ， 失稳 极 限应 变越 大 ， 应 变 分 布越趋 向均匀 化， 板料 的总体成 形 能 力 越 高 。 当 制 件 以拉 伸 变形 为 主要成 形方 式时 ， 材 料 的 值 小 ， 变形不均匀 ， 变 形 部 位 来不 及迅 速硬 化而 导 致 裂 纹 ； 而 值 大说 明材 料 的 拉 伸失 稳点来 的较晚 ， 不易 出现局 部 的集 中变 形 ， 可获 得 较大 的极 限变 形程度 。当制 件 以压 延变 形 为主要 成 形 方式 时 ， 材料的 １ ＂ ／ 值大， 应变均匀化的或薄 板类 零 件都 要求 材 料 的 ”值 达 到规定 值 之 上 ， 以便 材 料 在 加 工 过 程 中应 变能 够均 匀 化 ， 从 而 不 会 因 为局 部 变 形 集 中而 报 废 。 对 于 理想 弹性 体 ， ” 一１ ； 对 于理想塑性体 ， 一０ ； 对 于 大多数 金 属材料 而 言 ， 一０ ． １ ～０ ． ５ 。
ＡＺ ３ １ 镁 合 金 板 单 向拉 伸 应 变硬 化 指 数 的试 验 测 定 弗
冯 建友
（ 山 西 省 机 电设 计 研 究 院 ， 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘 要 ：在 阐 述 拉 伸 应 变硬 化 指 数 （ 值 ） 的 物 理 意义 和 应 用 价 值 的基 础 上 ．推 导 了用 线 性 回 归法 借 助 单 向拉
AZ31镁合金板单向拉伸应变硬化指数的试验测定
真实应变ｅ 的定义式为：
ｓ＝ＡＰ
＝ＡＰ０ＡＡ０
＝ＡＰ０
（ｌ ｌ０
）．
（４）
∫ ｅ＝
ｌ ０
ｄｌ ｌ
＝ｌｎｌｌ０
＝ｌｎ（ｌ０
＋ｌ－ｌ）代 入 式（４）、式（５），得 到 真 实 应 力
和真实应变与工程应力和工程应变的关系式：
櫜 山西省科研院所技术开发试验室建设项目 （晋２０１０） 收 稿 日 期 ：２０１４－０１－３０； 修 回 日 期 ：２０１４－０２－２０ 作者简介：冯建友 （１９６０－），男，山西汾阳人，高级讲师，本科。
（如图１所示），比例系数取优先值 ５．６５。 沿 与 板 材 轧
制方向成 ０°，４５°，９０°的 方 向 上，避 开 薄 板 的 料 头 和 边
缘 ，用 数 控 电 火 花 线 切 割 机 床 分 别 切 取 ３ 个 试 件 ，用 砂
纸打磨试件的切割 断 面，去 毛 刺 使 侧 面 光 亮 无 痕。 用
均匀塑性变形阶段，尚 未 到 达 最 大 抗 拉 强 度 前 结 束 试
验，得到试件的均匀 塑 性 变 形 范 围 内 的 工 程 应 力 与 工
程应变值及其曲线图。在均匀塑性变形范围内的曲线
段上取７个测量点，计 算 材 料 的 拉 伸 应 变 硬 化 指 数 的
测定值。
图 １ ＡＺ３１ 镁 合 金 板 材 单 向 拉 伸 试 件 图
试件塑性变形 过 程 中 瞬 时 截 面 积；ｌ 为 试 件 塑 性 变 形
过程中瞬时标距。
在塑性变形试验 过 程 中，可 测 得 试 件 的 工 程 应 力
σ 和 工 程 应 变ε：
σ＝ＡＰ０ ．
（２）
ε＝ｌｌ－０ｌ０ ．
（３）
AZ31B镁合金冲击动态力学行为的实验和本构模型研究
AZ31B镁合金冲击动态力学行为的实验和本构模型研究镁合金是目前世界上可工程化应用的轻金属结构材料之一,大规模应用于航空航天、汽车构件、电子产品等领域,在其服役过程中不可避免会受到冲击载荷的作用。
数值模拟技术是目前研究材料及结构在爆炸、高速冲击等动态载荷作用下力学行为的重要研究手段之一,而数值模拟技术中最为关键的问题是如何获得一个能真实反映材料响应的本构模型。
然而,由于镁合金的晶体结构导致其微观变形机理十分复杂,其冲击动态本构模型的构建非常困难。
近年来,已有不少学者基于对镁合金的冲击动态实验研究结果,建立了镁合金的冲击动态本构模型,然而已建立的模型主要是宏观唯象模型,缺乏对材料微观物理机理的考虑,预测能力有限。
虽然也有少部分镁合金动态本构模型是基于微观变形机理来建立的,但这些模型依旧存在着变形机制考虑不完善、应变率敏感度考虑不合理等问题。
可见,目前镁合金的冲击动态本构模型研究还不够完善,有很大的局限性。
为此,针对已有研究的不足,本文将对当前使用极为广泛的AZ31B镁合金进行系统的冲击动态力学实验研究,并基于实验研究结果建立镁合金的冲击动态本构模型。
本文开展的创新性工作如下:1)对AZ31B镁合金进行了系统的准静态和冲击动态力学实验研究,揭示其宏观力学行为:首先采用MTS材料试验机对AZ31B 镁合金进行了一系列的准静态单轴拉伸和压缩实验,获得了AZ31B的准静态拉伸和压缩应力-应变曲线,用以与冲击动态力学测试结果进行对比;然后,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对AZ31B镁合金进行了室温和高温冲击压缩加载实验,采用分离式霍普金森拉杆(SHTB)对AZ31B镁合金进行了室温冲击拉伸加载实验,研究了应变率、温度等对AZ31B镁合金冲击动态应力-应变响应的影响。
2)对AZ31B镁合金进行了显微观察,研究其冲击动态变形的微观机理:首先采用扫描电镜对AZ31B镁合金冲击加载后的断口进行了观察,分析冲击载荷作用下镁合金的破坏机理;然后采用金相显微镜观察了AZ31B镁合金动态变形前后的金相组织变化,分析温度、应变率等对镁合金变形前后金相组织的影响;最后采用透射电镜对AZ31B镁合金动态变形前后的位错形貌进行了观察,分析温度、应变量等因素对AZ31B镁合金位错运动的影响。
AZ31镁合金组织性能的影响分析
摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。
挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。
随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。
轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。
AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。
关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。
大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。
但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。
目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。
第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。
动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。
图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。
由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。
晶粒尺寸为112~400μm。
图1-1b为变形区近稳态区组织。
图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。
AZ31镁合金热变形本构方程
Constitutive equation of thermal deformation for AZ31 magnesium alloy
WANG Zhong-tang1, ZHANG Shi-hong2, QI Guang-xia1, WANG Fang1, LI Yan-juan1 (1. School of Materials Science and Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110168, China; 2. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China) Abstract: The changing rules of flow stress at high temperatures for AZ31 magnesium alloy were studied by thermal simulation experiment, at temperature ranging from 250 to 350 ℃, strain-rate from 0.01 to 1.0 /s, and the deformation degree of 50%. Arrhenius equation was simplified. Compared with the original model, the errors of this simplified model are less than 4.2%. According to the data of thermal simulation experiment, the model showing the constitutive thermal deformation for relationship of AZ31 magnesium alloy was determined. The relative errors between the calculation results by the model and experiment results are less than 13%. The suitable conditions of this model for AZ31 magnesium alloy are that the temperature ranges in 250−350 ℃, and the strain rate 0.01−1.0 /s. Key words: AZ31 magnesium alloy; constitutive relationship; flow stress; thermal deformation
AZ31镁合金塑性变形行为的模拟与参数分析
AZ31镁合金塑性变形行为的模拟与参数分析镁合金的密度较小,在地球储量很大,所以镁合金是迄今为止最有前景的工程材料。
但是,镁合金在室温下的塑性变形能力较低,这是由于镁合金的晶体结构是密排六方结构,在室温下镁合金能够启动的滑移系十分有限。
为了提高镁合金的塑形有不少学者对镁合金进行了研究。
本文目的在于结合实验数据和VPSC模型对镁合金的塑性变形行为进行模拟分析。
本文研究了AZ31轧制板材在沿不同方向压缩和拉伸时候所表现的机械性能和微观组织变化,以及通过不同的变形方式获得不同的变形机制,再分析不同的参数对于塑性变形的影响。
实验沿试样不同方向压缩不同的应变量:沿ND方向压缩,沿TD方向压缩和以及沿与RD和ND方向成45度角压缩和沿RD拉伸。
再通过金相显微镜(OM),X射线衍射仪,电子背散射衍射仪(EBSD)以及VPSC 模型分析数据。
研究表明:(1){10-12}拉伸孪晶出现在塑形变形的开始阶段,这类孪晶消耗母体晶粒并且改变母体晶粒的取向。
(2)当应变量为0.05-0.06的时候,{10-11}压缩孪晶开始成为塑性变形的变形机制。
随着塑性变形量的增加,{10-11}压缩孪晶的体积分数也增加直至断裂。
(3)在压缩过程中,当总应变大于0.15时,压缩孪晶成为变形过程中的一种重要变形机制。
尽管在{10-11}压缩孪晶会产生应力集中。
但在断裂之前,压缩孪晶会协调所产生的塑性变形。
(4)在大塑性变形过程中,利用VPSC模型能够准确模拟出流变应力、孪晶相对运动、孪晶体积分数以及宏观的织构演化。
(5)在模拟过程中,孪晶不会产生额外的硬化效果,滑移所产生的硬化效果不需要通过提高孪晶的潜在硬化参数获得。
在其他论文中,滑移需要从拉伸孪晶中获得更高的硬化参数来调整应力应变曲线。
(6)当应变较高时,虽然在沿ND和TD方向压缩所产生的压缩孪晶的体积分数很接近,但是在沿ND方向压缩时的流变应力(通过实验和模拟所获得)曲线比沿TD方向压缩所得到的流变应力曲线更低。
Z31镁合金激光焊件的力学性能和应力腐蚀开裂行为
AZ31镁合金激光焊件的力学性能和应力腐蚀开裂行为摘要：采用Nd-YAG激光对AZ31 HP镁合金进行激光束焊接，并使用填料AZ61。
显微组织分析表明，使用或不使用填料(焊料)AZ61镁合金得到的激光焊接接头的平均晶粒尺寸大约为12μm，显微硬度和拉伸强度与母材相近。
然而，慢应变速率拉伸表明，在ASTM D1384溶液中两种焊接接头的抗应力腐蚀性能比母材略差。
可观察到应力腐蚀裂纹在焊缝金属中萌生并向热影区（HAZ）扩展。
然而，在以AZ61镁合金为填料(焊料)获得的焊接接头中，观察到裂纹起源及扩展出现在热影区（HAZ）。
在慢应变速率拉伸试验中，由于试样表而暴露在腐蚀环境中，在氢氧化/镁氧化镁层形成局部损伤，从而导致应力腐蚀裂纹的生成。
关键词：镁合金；激光焊接；显微组织；力学性能；慢应变速率拉伸；应力腐蚀裂纹；断面分析1 简介汽车和飞机应用需要重量轻，HP的材料，在这些工业中，锻造镁合金正逐渐替代钢材和铝合金［１］。
在一般情况下，镁合金具有优良的铸造性和稳定的成形性，因此，很多部件用铸造和锻造镁合金制成。
虽然可以用气体钨极氩弧焊完成镁合金的焊接［２－４］，但最近，激光束焊接（LBW），电子束焊（EBW）和摩擦搅拌焊接（FSW）工艺被广泛用于这些合金的链接［５－９］。
这是由于可控的能量束和FSW工艺减少了缺陷水平，并进而提高效率的结果。
但是FSW的工艺是一种固态的过程，不涉及任何填充材料，而激光束焊可以在用或不用额外的填充材料的情况下生产镁合金焊接件。
对于许多应用，除了在机械性能以外，材料的抗耐腐蚀能力也必须加以考虑。
镁合金材料一般都被视为是一种抗耐腐蚀性能力较弱的材料[10] 。
然而，一般来讲，当镁合金杂质水平在一定的范围之内时，其抗耐腐蚀性能被认为好于碳钢，这是将它们放在德州墨西哥湾海岸的大气中暴露２年的试验得出的结果。
杂质对镁合金腐蚀行为的影响是显著的，尤其是其表面上[12] 。
就焊接件的案例来说，除表面杂质为外，晶粒尺寸，焊接金属成分，微成分的分布和残余应力等也会影响其腐蚀行为。
AZ31镁合金动态力学行为实验研究
个 相 当广 泛 和 重 要 的 问 题 Ｌ 。 在 冲 击 载 荷 下 ， ２ 一
由于应 变速 率 较 高 ， 性 变 形 只在 局 部 发 生 ， 塑 变 形很不 均 匀 ， 就 使 得 动 态 力 学 行 为 与 静 态 不 这
中图分类号 ： ＴＧ１ ４ １ １． 文献标志码 ： Ａ
Ｉ ｖ ｓ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｍ ｉ ｅ ｈ ｎｉ ａ ｈ ｖ ｏ ｂ ｕ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｎ Ｄｙ ａ ｃ Ｍ ｃ ａ ｃ ｌＢｅ ａ ｉ ｒ ａ ｏ ｔ ＡＺ３１ Ｍ ａ ｎ ｓ ｕ ｌ ｙ ｇ ｅ ｉ ｍ Ａｌｏ
维普资讯
・
２６ ２ ・
弹 箭 与 制 导 学 报
Ａ ３ 镁合 金动 态力学行为实验研 究 Ｚ１
张 星 ， 治 民 ， 保 成 张 李
（ 北大学材料科学与工程 学院 ． 原 中 太 ００５ ） ３ ０ １
摘
要 ： 研 究 镁 合 金 的 动 态 力 学行 为 ． ＡＺ １ 合 金 进 行 霍 普 金 森 压 杆 （ ｐ ｉｓｎ 冲击 实 验 ・ 讨 冲 击 为 对 ３镁 Ｈｏ ｋｎｏ ） 探
载 荷 下 Ａ ３ 镁 合 金 力学 响应 及 相 关 规 律 ． 果 表 明 ： ３ 镁 合 金在 冲击 载 荷 下 有 明 显 的 屈 服 和 应 变强 化 现 Ｚ１ 结 ＡＺ １
象 ． 金 的 最 大 应 力 值 随着 冲击 速度 不 断 增 加外 随 应 变 率 的增 加 ・ 合 而 该 合 金 变 形 能 力有 一 极 值 。 关键词 ： 冲击 载 荷 ； ３ ； 合 金 ； 学行 为 ＡＺ ｌ 镁 力
和 ３ ． ｍ／ 。 ５ ３ ｓ
对其 在 冲击 载 荷 下 的 力学 行 为 进 行 研 究ｕ 。 在 ］
AZ31镁合金热变形行为及显微组织研究.
AZ31镁合金热变形行为及显微组织研究本文利用Gleeble-1500热模拟试验机,采用高温等温压缩试验方法,对AZ31镁合金的高温塑性变形力学行为和微观组织演变行为进行了研究。
通过数学回归分析、OM和EBSD微观分析的手段,研究了该合金高温塑性变形过程中的流变应力σ、应变速率ε和变形温度T之间的相关性,以及该合金高温变形下显微组织和织构的演变规律。
并根据材料动态模型,计算和分析了AZ31镁合金的加工图。
主要的研究结果表明:①AZ31镁合金在温度为200℃～450℃、应变速率为0.001s-1～1s-1下高温塑性变形时应力-应变曲线呈现动态再结晶的特征。
稳态流变应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增大。
②AZ31镁合金高温压缩塑性变形存在热激活过程。
其高温塑性变形时,流变应力σ、应变速率ε和变形温度T之间满足双曲正弦函数关系,建立了流变应力方程为:ε=1.5372×10~(11) [sinh(0.0283σ)]~(4.314) exp(-145.89/(RT))③热变形条件对AZ31镁合金热变形微观组织的影响显著,在应变速率ε不变的情况下,随着温度升高,晶粒组织明显长大。
在变形温度不变的情况下,随着应变速率ε的增大,组织越来越不均匀,更细小的晶粒与粗大的变形组织共存。
并且随着变形温度T升高和应变速率ε的减小,基面织构的强度减弱。
④在AZ31镁合金高温压缩塑性变形试验中产生的再结晶组织的取向与变形组织取向相近。
⑤利用加工图确定了热变形的流变失稳区,并且获得了试验参数范围内的热变形过程中的最佳工艺参数。
【关键词相关文档搜索】：材料科学与工程; AZ31镁合金; 高温塑性变形; 流变应力; 动态再结晶; 加工图【作者相关信息搜索】：重庆大学;材料科学与工程;周正;肖梅;。
AZ31镁合金的高温热压缩流变应力行为的研究
第26卷第3期2004年9月 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报Natural Science Journal of Xiangtan UniversityVol.26No.3Sept.2004AZ31镁合金的高温热压缩流变应力行为的研究Ξ郭 强, 张 辉, 陈振华, 严红革, 夏伟军, 傅定发(湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)[摘要] 在G leeble-1500热模拟机上对AZ31镁合金在应变速率为0.005～5s-1、变形温度为250～450℃条件下的流变应力行为进行了研究.结果表明:流变应力行为强烈地受到变形温度的影响,当变形温度低于300℃时,流变应力呈现幂指数关系;当变形温度高于350℃时,流变应力呈现指数关系.在本实验条件下,AZ31镁合金热变形应力指数n为7,其热变形激活能Q为112kJ/mol.关 键 词:AZ31镁合金;热压缩变形;流变应力;热变形激活能中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:10005900(2004)03010804Flow Stress Behavior of AZ31magnesium Alloy DuringH ot Compression Deformation at Elevated T emperatureGUO Qiang, ZHA N G Hui, CHEN Zhen hua, YA N Hong ge, XIA Wei jun, FU Ding f a (College of Materials Science and Engineering,Hunan University,Changsha410082China)【Abstract】 Hot compression tests of AZ31magnesium alloy were performed on G leeble1500at strain ratesranged between0.005-5s-1and deformation temperature250-450℃.The results show that the flow stressbehaviors strongly depend on the deformation temperature,the relationships between flow stress and deformationtemperature as well as strain rate can be represented by the power equation during deformation temperature below300℃,and by the exponent equation during deformation temperature over350℃,The hot deformation activa2tion energy Q derived from the experimental dates is112kJ/mol with stress exponent n=7.K ey w ords: AZ31magnesium alloy;hot compression deformation;flow stress;deformation activation energy镁及镁合金是迄今在工程应用中最轻的金属结构材料,具有高的比强度、比刚度,尺寸稳定性高,阻尼减震性能好,机械加工方便,尤其易于回收利用,具有环保特性,被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”,在列车、汽车、电子、电器、通讯、航空、航天等领域具有广阔的应用前景,目前,工业发达国家已大力着手高性能变形镁合金加工材的研究与开发[1-6].由于镁和多数镁合金属的密排六方结构,滑移系较少,因此,其塑性加工性能较差,制约了高性能镁合金加工材的开发与应用.借助金属及合金高温塑性加工变形过程中流动软化,提高其塑性加工变形能力,必须了解高温塑性加工变形流变应力行为及其与各加工工艺条件(变形温度、变形速度和变形程度)的相互影响关系;近年来以塑性有限元为代表的数值模拟技术在金属塑性加工领域获得了越来越广泛的应用,获取精确的流动应力数值或数学模型是提高计算精度的关键.H.Takuda等人采用指数关系对AZ31和AZ91镁合金热变形镁合金流变应力进行描述[7],A.G aliyev等人采用幂指数关系对ZK60镁合金热变形镁合金流变应力进行描述[8,9],M.R.Barnett采用双曲函数关系对AZ31镁合金热变形镁合金流变应力进行描述[10,11].本文在变形温度为250～450℃和应变速率为0.005～5s-1条件下,通过对AZ31镁合金进行高温热压缩变形的实验模拟,研究合金高温流变应力与应变速率、变形温度之间的关系,分析合金高温热压缩变形时流变应力的变化规律,确定合金热变形的塑性流动方程及材料常数,以便为合理制定AZ31镁合金热挤压、锻造和热轧等热塑性加工工艺参数提供指导,以及为进一步系统研究该合金提供基本数据.1 实验方法Ξ收稿日期:20040 作者简介:郭 强(1979),男,福建福州人,博士研究生.E-mail:guoqiang321@试验用材料的成分为Mg -3.0Al -0.8Zn -0.4Mn ,在10kg 中频感应炉中熔炼后铁模铸造成锭坯,经表面机加工后在1250T 挤压机上热挤压为10mm ×100mm 板材(挤压比为17∶1).沿垂直挤压方向截取尺寸为Ф8mm ×10mm 小圆柱体试样,在G leeble -1500热模拟机上进行热压缩实验.压缩时在试样两端均匀涂敷润滑剂(石墨+机油),以减小试样与压头之间的摩擦影响.变形温度为250～450℃,应变速率为0.005～5s -1.试样加热速度为200℃/min ,压缩前试样在变形温度下保温3min ,总压缩变形量为0.69(真应变).变形后立即水淬,以保留热变形组织.2 实验结果与分析2.1 AZ 31镁合金热压缩变形应力应变关系曲线在变形温度为250～450℃,应变速率为0.005～5s -1的不同变形条件下,AZ31镁合金高温压缩变形的真应力-真应变曲线如图1所示.图1 不同变形条件下AZ31镁合金高温热压缩变形的应力应变曲线(a ) ε=0.005s -1,(b ) ε=0.05s -1,(c ) ε=0.5s -1,(d ) ε=5s -1从图1可以看出,当变形温度不变时,在同一真应变条件下,应变速率越低,对应的流变应力也越低;当应变速率不变时,在同一应变条件下,变形温度越高,所对应的流变应力越低;在微应变阶段,应力上升很快,说明该阶段加工硬化占主导,镁合金中只发生了部分动态回复或动态再结晶,其硬化作用大大超过软化作用,随变形量的增加,位错密度不断增高,使动态回复和动态再结晶加快,软化作用增强,加工硬化逐渐被动态回复软化作用抵消,此时表现为曲线斜率逐渐减小,当流变应力达到峰值时,加工硬化和动态再结晶软化达到平衡,随着变形的继续进行,动态再结晶继续发展,使流变应力继续下降,最后达到一稳定值.另外随温度升高,变形速率减小,应力峰值朝应变减小方向移动,这有可能是因为随着温度的升高,滑移系的临界切应力下降,导致镁合金的变形抗力降低;温度越高,动态回复或动态再结晶就越容易发生,进而导致峰值随着温度的升高而提前[8～15].2.2 AZ 31镁合金热变形流变应力方程及材料常数的确定金属材料热变形过程中,在任何应变或稳态下的高温流变应力σ强烈地取决于变形温度T 和应变速率 ε,通常可采用以下三种形式加以描述:ε=A 1σn 1exp -Q R T (1)901第3期 郭 强等 镁合金的高温热压缩流变应力行为的研究 ε=A 2exp (βσ)exp -Q R T(2) ε=A (sinh ασ)n exp -Q R T (3)式中A 1,n 1,A 2,β,α是常数;n 是应力指数,并有n =β/α;Q 是变形激活能,它反映材料热变形的难易程度,也是材料在热变形过程中重要的力学性能参数;R 为气体常数.热变形条件通常采用温度补偿的变形速率因子Zener -Hollomon 参数Z 来描述:Z = εexp QR T (4)对不同热加工数据的研究表明,在低应力水平下,流变应力峰值σp 和Z 之间的关系可用指数关系描述,而在高应力水平下可用幂指数关系描述,在整个应力水平下可用双曲函数关系描述.图2 A Z 31镁合金流变速率与峰值应力的关系(a ) ln ε-ln σ (b ) ln ε-σ图2为A Z 31镁合金热变形时应变速率与峰值应力的关系,其斜率分别表示n 1和β值,可见n 1=8.48,β=0.0863,经优化处理a 取值为0.01.材料热变形激活能为:Q =R nS (5)式中n 为ln ε-ln[sinh (ασ)]斜率,S 为ln[sinh (ασ)]-1T 的斜率(图3和图4所示).Q =112kJ /mol可以发现:此实验条件下获取的AZ31镁合金热压缩变形时的变形激活能在文献[7～11]所报道的范围内(92～135kJ /mol ),说明由热激活控制的动态回复与动态再结晶仍然是AZ31镁合金热压缩变形时的主要软化机制[8～15].图3ln ε-ln[sinh (ασ)]关系 图4ln[sinh (ασ)]与1000/T 的关系将n 1和A 1,β和A 2等材料参数值分别代入(5)(6)两式,得到AZ31镁合金热压缩变形流变应力方程:ε=2.3×10-8σ8.43exp (-112000/R T )(6) ε=1.1×105exp (0.086σ)exp (-112000/R T )(7) 图5分别为根据(6)和(7)式计算出的流变应力值与实验测量值的相比较.可以很明显看出,当材料热变形温度T ≤300℃时,实验测量的峰值应力与(7)式计算出的峰值应力估计值近似吻合;当热变形11 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2004年(a ) 指数关系 (b ) 幂指数关系图5 不同流变应力方程计算值与实测峰值之比较温度T ≥350℃时,实验测量的峰值应力与(6)式计算出的峰值应力估计值近似吻合.这说明在材料热变形温度较低时,即材料处于较高应力水平,(7)式的流变应力方程能较好地适用;在材料热变形温度较高时,即材料处于较低应力水平,(6)式的流变应力方程能更好地适用.3 结 论在应变速率为0.005～5s -1和变形温度为250～450℃条件下,AZ31镁合金热压缩变形流变应力行为强烈地受到变形温度的影响,当变形温度低于300℃时,流变应力呈现幂指数关系;当变形温度高于350℃时,流变应力呈现指数关系.在本实验条件下,AZ31镁合金热变形应力指数n 为7,其热变形激活能Q 为112kJ /mol.参 考 文 献[1] Rroes F H.The Science ,Technology and Applications of Magnesium[J ].JOM ,1998,9:30.[2] Clow B B.Magnesium Industry Overview[J ].Advanced Mater Proc ,1996,10:33-36.[3] Mordike B L ,Ebert T.Magnesium properties -applications -potential[J ].Mater Sci Eng 2001,A302:37-45.[4] Polmear I J.Magnesium alloys and applications[J ].Mater Sci Technol ,1994,10:1-16.[5] Friedrich H ,Schumann S.Research for a “new age of magnesium ”in the automotive industry[J ].J Mater Processing Technol ,2001,117:276.[6] Aghion E ,Bronfin B ,Eliezer D.The role of the magnesium industry in protecting the environment [J ].J Mater Processing Technol ,2001,117:381.[7] Takuda H ,Fujimoto H ,Hatta N.Modelling on flow stress of Mg -Al -Zn alloys at elevated temperatures[J ].J Mater Processing Technol ,1998,80-81:513-516.[8] G aliyev A ,Kaibyshev R ,G ottstein G.Correlation of plastic deformation and dynamic recrystallization in magnesium alloy ZK60[J ].ActaMater ,2001,49:1199-1207.[9] G aliyev A ,Kaibyshev R ,Sakai T.Continuous dynamic recrystallization in magnesium alloy[J ].Materials Science Forum ,2003,419-422:509-514.[10] Barnett M R.Influence of deformation conditions and texture on the high temperature flow stress of magnesium AZ31[J ].Journal ofLight Metals ,2001(1):167-177.[11] Barnett M R.Recrystallization during and following hot working of magnesium alloy AZ31[J ].Materials Science Forum ,2003,419-422:503-508.[12] Yang X ,Miura H ,Sakai T.Dynamic nucleation of new grains in magnesium alloy during hot deformation[J ].Materials Science Forum ,2003,419-422:515-520.[13] Tan J C ,Tan M J.Dynamic continuous recrystallization characteristics in two stage deformation of Mg -3Al -1Zn alloy sheet [J ].MaterSci Eng ,2003,A339:124-132.[14] Yang X ,Miura H ,Sakai T.Dynamic evolution of new grains in magnesium alloy AZ31during hot deformation[J ].Materials Transac 2tions ,2003,44:197-203.[15] Grosvenor A ,Davies C H J.Microstructural evolution during the hot deformation of magnesium alloy AZ31[J ].Materials Science Fo 2rum ,2003,426-432:4567-4572.111第3期 郭 强等 镁合金的高温热压缩流变应力行为的研究 。
AZ31镁合金高温热压缩流变应力行为的研究
Ａ Ｚ ３ １ 镁 合 金 高 温 热压 缩 流 变 应 力 行 为 的研 究 ＊
徐 静， 戚 文军 ， 黄正华 ， 周 楠
广 东省 工 业 技 术 研 究 院 （ 广 州有 色 金 属 研 究 院 ） ， 广 东 广 州 ５ １ ０ ６ ５ ０ 摘 要： 在Ｇ ｌ ｅ ｅ ｂ ｌ ｅ １ ５ ０ ０ Ｄ型热模拟试验机上 ， 在应变速率 为 ０ ． ０ １ ～１ Ｓ ＿ 。 、 变形温度为 ５ ７ ３ ～７ ２ ３ Ｋ 条 件
低； 在 微 应 变 阶段 ， 流变 应 力 上升 很 快 ， 说 明 该 阶 段
形 流变 应力 行 为进 行 研 究 ， 以便 为合 金 的挤 压 变 形
研 究提 供理 论依 据．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２ 一 ｌ １ — １ ４
＊基 金 项 目 ： 广东省重大科技专项 （ ２ ０ １ １ Ａｏ ８ ｏ ４ ０ ３ ｏ ０ ５ ） ； 广州有色金属研究院青年基金 （ ２ ０ １ １ Ｂ ２ ０ ０ ９ ）
变形 完毕 后 ， 立 即对 试 样 淬 火 ， 以保 留其 高 温 下 的
绢织 ．
温度 之 间的关 系． 在 现 代化 的生 产 中 ， 为 提高 生产 效 率及 模具 与加 工 材 料 的 适 合 性 ， 需 建 立 材料 的本 构
关系， 以计 算 加工 过程 中各 阶段 的应 力 场和 流变 场 ，
７ ２ ３ Ｋ， 以５ Ｋ／ ｓ的速 度加 热试 样 ， 保温 ３ ｍｉ ｎ ， 应 变 速率 分别 为 ０ ． ０ １ ， ０ ． １和 １ Ｓ 一， 试 样 真 应 变均 为 １ ．
材料 变形 的基 本信 息是 通过 材料 的本 构 方程 进
行描述 的 ， 它表 明 了在 热 加 工 变 形 条 件下 变 形 热 力 参数 之间 的关 系 ， 即流 变应力 与应 变 、 应 变速 率 以及
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
增刊３刘祖岩等：Ａｚ３１镁合金应力－应变关系的测定与四维描述·３０５．具体方法是，在本实验结果的基础上．引用其他参考文献【２～８】中的数据，互相比较和佐证，再采用线性插值的方法，计算出不同温度，应变速率，应变条件下的应力值，从而得到比较完整的数据。
这里，在线性插值之前，需要对应变速率的值取对数。
经过整理和扩充后的数据涵盖了温度范围２０４００℃，应变速率范围００１埘０，ｓ，应变范围Ｏ屯。
图２是应变为０．２时，温度对退火态和挤压态Ａｚ３ｌ镁合金变形应力的影响。
虽然应力随着温度的增高而降低。
但在不同应变速率下，其下降的速度是有所不同的。
低应变速率时，在１０¨３００℃范围内，应力下降较快，高应变速率时，在３０肚４００℃范围内，应力下降快，这样约在３００℃时，不同应变速率对应的应力范围较大。
１ｂｍｗｍｔＩｌｒ“℃图２不同应变速率下，温度对不同组织形杏Ａｚ３ｌ镁台金变形应力的影响Ｆｉｇ２Ｔｈｅｉｎｎｕｃｎｃｃｏｆ蛔唧ｅｒｇｈ腓ｏｎｔｈｃｓ虮ｓｓｏｆａ皿ｅａｋｄ粕ｄ“虮ｌｄｅｄＡＺ３】ａｔｄｊ丘ｂ雎Ｄｆ砌ｊ珊眦ｂｎａｊ丑ｎ２）以上是应力－应变关系的二维表现形式，比较直观，易于理解。
考虑到二维图形中的一条曲线只能描述应力与一个变量的对应关系，若用一组曲线还可以考虑到另外一个因素的影响。
这样的话，用二维空间全面地描述材料的应力一应变关系，就需要６个二维图形，或是６组二维曲线来表示。
当然若用三维空间来全面地描述应力应变关系，就只需要３个三维图形。
图３是不同温度时，挤压态Ａｚ３ｌ镁合金的一组应力．应变．应变速率三维曲面。
还可以画出不同应变时的一组应力．应变速率．温度三维曲面和不同应变速率的一组应力．应变．温度三维曲面。
这些曲面园应力数值不同，配以不同颜色，也是比较清晰明了的。
从中可以分析出各种因素对应力的影响规律。
若用某一等值平面与这些曲面相交割，相交处得到一组组平面曲线，他们实质上就是上面提到的二维空间中的６组曲线。
可见三维图形中包含了全部二维的信息，比二维空间的信息量更大。
实际上，对这３组三维空间曲面中的任意ｌ组来讲，由上下２个曲面和四周４个平面围成的不规则的空间就完全代表了材料在这一范围内的应力．应变关系。
可见材料的应力一应变关系可以有３种不同的，也是不规则的三维表现形式。
图３不同温度时，挤压态ＡＺ３】镁合金应力—应变．应变速率三雏曲面Ｆｉｇ３Ｔｈｒｅｅ—ｄＬｍ即ｓｌｏｎｓｍｆｈｃｅｓｏｆ１ｈｅｎ∞ｓｓ－ｓｔｒａ血．ｓ妇ｉｎｒａ把∞ｌ砒ｌｏｎｓｈｉｐｏｆｅｘｔｍｄｅｄＡＺ３ｌ砒ｄｉ丘ｂ仲ｎｔ钯ｍｐ啪ｍｎｓ３应力一应变关系的四维描述按照上面的思路，进一步考虑应用四维的空间来描述材料的应力一应变关系，即用应变，应变速率，温度组成一个三维的空间，在此空间中，用颜色来描述应力值，从而构成了一个，仅仅一个四维的应力．应变关系模型。
四维模型可以用ＭＡＴＬＡＢ软件来实现，见圈４。
这一模型同上述的三维空间～样，包含了材料应力．应变关系的全部信息，而且形状非常规则，可称为应力应变彩砖模型。
利用ＭＡＴＬＡＢ命令，可以对这一模型进行各种各样的描述，分析和说明，从中得到任意的等值线、等值面，以及各种平面、曲面与之相交的结果等，为材料性能研究提供强有力的工具。
实际上，四维模型算是三维模型的一个变种，反之亦然。
两者所含的信息量是一样的。
在三维模型描述中．应力值的大小既用坐标高度值表示，又用颜色表示．重复了。
如果只用颜色表示应力值，而用坐标高度值表示另外一个变量，那就是这个四维模型。
可以这样想像：将三维模型中的一组曲面沿应力坐标方向投影到某一平面上，得到一组平面，颜色不变。
将应力坐标改变为某一变量坐标，再将这一组平面沿着·３０６·稀有金属材料与工程第撕卷这某一变量坐标展开，就得到了四维的模型。
或者说全部展平，就得到了由６个平面构成的四维空间ａ是将由４个平面，２个曲面构成的三维空间中的曲面４结论图４退火态和挤压态Ａｚ３ｌ镁合金应力一应变关系的四维描述Ｆ１９４Ｔｈｃｆｏｕ｝ｄｍｅｎｓｉｏ凸ｅｘｐｆｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｌｎｆｅｌａＩｌｏｎｓｈｉｐｏｆａｎｎｅａｋｄ（ａ）ａｎｄｅｘｔｒＩＩｄｃｄ（”Ａｚ３１１）温度和应变速率对应力一应变关系有较大影响。
一般情况下，温度越低，应变速率越高．应力也越高；反之，应力越低。
但两者同时作用在Ａｚ３１镁合金上时，有其自身的特点。
室温时．挤压态的材料强度比退火态的明显高，可见微观组织形态对性能有很大影响。
在１０肛３００℃之间，２种材料的应力值逐渐下降，高应变速率时，应力下降速率低一些，反之，应力下降速率高一些。
在３００４００℃之间，情况恰好相反，高应变速率时，应力下降速率快一些，反之，应力下降速率慢一些。
３００℃左右时，不同应变速率导致的应力值差别最大。
接近４００℃时，无论是高应变速率，还是低应变速率，２种材料的应力一应变关系趋向一致，组织形态和应变速率的作用变小。
２）对于材料的应力．应变关系而言，应用已有的商业软件。
可以对它进行全方位的二维、三维和四维的描述和分析。
二维分析时，需要６个平面上的６组曲线来全面完整地表示出材料的应力．应变关系。
而三维分析时。
只需要３个三维的空间就可以。
这３个三维空间形式不同，也不规则，但都包含有同样的信息量，是等价的。
但用四维模型时，借助颜色来表示应力值，就可以把这３个不规则的三维的空间统一到１个规则的四维模型中。
可以说四维模型是三维模型的变种，它们是等价的，只是表现肜式不同而已。
参考文献ＲｅｋｒｅｎｃｅＢ【１】ｗ８ｎｇＱｉｎ目ｕａｎ（王庆娟）。
Ｄｕｚｈｏｎｇｚｅ（杜忠泽），Ｌｉｕｃｈ蚰ｇｒｕｉ（刘长瑞）“以Ｌ培胁』脚ｎ６ｍｄｆｌｏＨ死ｃ＾舳上０∥（轻合金加工技术）【几２００６，３４（１）‘１４【２］Ｈ啪ｇＧｌｌａｎ百Ｉｅ（黄光杰），ｚｌｌ∞Ｇｕｏｄ柚（赵国丹）由Ⅳ＂一０，ｃ＾ｏ删ｌ愕如，，，栅ｋ矿恐曲月。
如烈重庆工学院学报）【Ｊ］，２００６，２０（２）：６０口】ｘｌａＪｕｃｈｃｎ（夏巨谌）＇ｗａｎｇｘｉｎｙＩｌｎ（王新云），ｃｈｅｎｇＪ帅ｗｅｉ（程俊伟）甜ｄ』而曙７嘴＆跏”驴‘昭Ｔｂ幽Ｈｏ如∥（锻压技术）【几２００５．２：４９【４】“Ｌｉｎｌｉｎ（李琳琳）．ｚｈａ”ｇｚｈｊｍｉｎ（张治民）．ｘｕｅＹｏｎｇ（薛勇）ｃｈ埘ｎ＾｛ｅ抽蜘ｒｍ汹ｇＥｑｕｔｐ㈣｜矗ＭｄｎＭ如ｃ“ｎｎｇ赴ｃｈＨｏｌｏ封（锻压装备与制造技术）［Ｊ］，２００６，２：７０【５】Ｇ∞Ｑｉ卸ｇ（郭强），ＹａｎＨｏｎｇｇｅ（严红革），ｃｈｅｎｚｈｅｎｌｌｕａ（陈振华）“以ｎＰ西㈣而聊ｚｄ，矿Ⅳ０，毋，＂ｗ＾出ｋｈ（中国有色金属学报）【刀，２００５，１５（６）：９００【６］Ｈｕａｎｇｏｕ扑ｇｓｈｅ口ｇ（黄光胜）’ｗａｎｇＬｌ“ｇｙＩｌｎ（汪凌云），Ｈｕ蛆ｇＧｌｌａｎ舒ｉ“黄光杰Ⅻ以胁ｍ，Ｊ艮搠ｆ昭死ｃ＾加吲金属成形工艺）¨］，２００４，２２（２）：４ｌ［７】ＬａｐｏｖｏｋＲＹｃ．ＢａｍｅｎＭＲ＇ＤａｖＩｅｓｃＨＪＪＤ，胁蛔由ｂ＾㈣垤ｍ＾ｎ口岫［Ｊ】，２００４，１４６：４０８【８】ＴａｋｕｄａＨ，Ｍｏｎ出Ｉ乜Ｔ，Ｋｊｎｏｓｈｌ组Ｔ“以Ｊ矿胁船瑚ｂ尸ｒＤｃ黜ｓｊ噌‰＾肿虹秒Ⅲ，２００５，１６扣１６５：１２５８AZ31镁合金应力-应变关系的测定与四维描述作者：刘祖岩， 刘刚， 梁书锦， Liu Zuyan， Liu Gang， Liang Shujin作者单位：哈尔滨工业大学,黑龙江,哈尔滨,150001刊名：稀有金属材料与工程英文刊名：RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING年，卷(期)：2007，36(z3)被引用次数：2次1.王庆娟.杜忠泽.刘长瑞查看详情[期刊论文]-轻合金加工技术 2006(01)2.黄光杰.赵国丹查看详情[期刊论文]-重庆工学院学报 2006(02)3.夏巨谌.王新云.程俊伟查看详情[期刊论文]-锻压技术 2005(02)4.李琳琳.张治民.薛勇查看详情[期刊论文]-锻压装备与制造技术 2006(02)5.郭强.严红革.陈振华查看详情[期刊论文]-中国有色金属学报 2005(06)6.黄光胜.汪凌云.黄光杰查看详情[期刊论文]-金属成形工艺 2004(02)povok R Ye.Barnett M R.Davies C H J查看详情 20048.Takuda H.Morishita T.Kinoshita T查看详情 20051.期刊论文徐绍勇.龙思远.廖慧敏.曹凤红.XU Shao-yong.LONG Si-yuan.LIAO Hui-min.CAO Feng-hong应变速率对AZ31挤压变形镁合金力学行为的影响-材料热处理学报2010,31(5)通过静态拉伸试验机和高应变速率冲击拉伸试验装置,对AZ31挤压镁合金分别进行了不同应变率下拉伸力学性能的试验,获得了各应变速率下完整的应力-应变曲线.并通过扫描电镜对其拉伸断口进行分析.结果表明,其屈服应力、拉伸强度随着应变速率的增加而增加,失稳应变则随着应变速率的增加而有所减小;而弹性模量则对应变率不敏感.采用Johnson-Cook 材料模型描述AZ31镁合金应变速率相关的应力应变本构模型,其拟合结果和实验结果基本相吻合.扫描电镜断口分析结果表明,动态和静态的断裂方式基本相同,都是以准解理断裂特征为主,局部区域伴有解理断裂.2.学位论文咸奎峰AZ31镁合金笔记本电脑外壳件温成形的有限元分析2006本文在温度为200～350℃和应变速率为0.001～0.1s-1的条件下，对AZ31镁合金板进行拉伸实验，得到了AZ31变形镁合金板在温拉伸成形的应力应变曲线。
通过对Fields-Backofen方程修正分析，建立了AZ31镁合金板温拉伸流变应力数学模型，在峰值应力之前，模型预测值与实测结果相比十分接近。
针对镁合金的软化特性，对加入软化因子s的模型进行了计算，与修正的Fields-Backofen相比，更好的模拟了软化阶段的流变应力变化。
在材料模型的基础上，利用DEFORM有限元软件对AZ31变形镁合金板温拉深笔记本外壳实验做了模拟。
得到了AZ31变形镁合金板笔记本外壳温拉伸成型的最佳工艺，并对一些实验中较难进行的工艺条件做了优化的预测。
针对拉深实验的温度，拉深速度，润滑等工艺条件的研究表明，模拟得到的结果与实验结果较为接近，证明DEFORM软件能够准确模拟金属成形加工时应力应变和温度场的分布和变化。
实验和模拟得到的最佳冲压温度为250℃，最佳拉深速率为0.1mm/s，最佳压边力为1吨，最佳模具间隙为0.1mm。
对工模具参数的模拟表明，大的凸模圆角有利于板料的拉深。
对于方形壳件的拉深，存在一个最佳的凹模直壁圆角。