夹杂物对稀土镁合金塑性成形和断裂的研究及数值模拟

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mxl19860326
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镁合金具有高的比强度、比刚度,低密度等优异性能,被广泛应用于航空航天、3C、生物医学等行业。然而,镁合金低温塑性较差,致使镁合金在成形过程中易发生断裂失效现象。本文针对挤压态WE43镁合金,利用ABAQUS软件在不同变形温度和应变速率下,对夹杂物对镁合金塑性成形及断裂的影响机制进行了数值模拟,阐述了夹杂物对镁合金塑性成形及断裂的影响规律,并结合光学显微镜(OM)、扫描电镜能谱仪(SEM/EDS)及X射线微型计算机断层扫描仪(Micro-CT)进行了显微表征分析以验证数值模拟的准确性。研究成果如下:(1)夹杂/基体界面分离时的微裂纹萌发应变值εM,与夹杂物软硬程度δ成反比例函数关系,随着δ的增加先迅速下降,之后平缓降低。微裂纹萌发时应力值σM随着δ的增加而下降,δ≤1时,σM维持在320 MPa,且降低平缓;δ>1时,σM变化剧烈,降低至240 MPa左右。εM及σM对δ的改变比较敏感,夹杂/基体界面两端处应力集中现象明显。夹杂物形变指数V随着变形量的增大先迅速减小,达到临界真实变形量0.11左右时,稳定在某一定值附近波动,δ<1时,V稳定在1.56左右,对塑性行为无明显影响;δ>1时,V稳定在0.085左右,在变形过程中易引发应力集中,对材料塑性行为影响严重。(2)εM与夹杂物体积分数f成反比例函数关系,εM随着f的增大不断减小,达到临界体积分数(f=0.012%)时,εM减小幅度较小。δ>1时,σM对f的变化敏感,f≥0.012%时,σM在205 MPa左右波动,在较小应力水平下夹杂/基体界面即发生脱离。f≤0.012%时,夹杂物在基体中弥散分布,对合金材料塑性成形具有促进作用。f=0.012%是V的临界点,f≤0.012%时,V随着f的增大先减小,f>0.012%时,V值具有一定的升高。(3)εM对应变速率的改变比较敏感,随着应变速率的增大而逐渐减小,应变速率大于0.1时,εM减小幅度较大。δ≤1时,V随着应变速率的降低而增大,应变速率低于0.1 s-1时,V稳定在0.4以上,对塑性行为无明显影响;δ>1时,V对应变速率的改变不敏感。σM对变形温度的改变比较敏感,随着温度的升高而缓慢增长,在较高应力水平下夹杂/基体界面才发生脱离。V随着变形温度的升高而增大,δ>1时,达到临界真实变形量之后,V维持在0.0411左右波动,对材料塑性行为影响严重。综合数值模拟结果分析,δ>1时,在变形过程中易引发应力集中,促使微裂纹萌生;f≤0.012%时,夹杂物在基体中弥散分布,对合金材料塑性成形具有促进作用;应变速率低于0.1 s-1时,εM值较大,合金材料具有较好的压缩塑性;变形温度越高,夹杂/基体界面越难脱离。(4)通过CT扫描及压缩实验与数值模拟相对比,εM及σM与压缩试样宏观断裂应力应变平均误差值在10%以内,验证了数值模拟的准确性及可靠性,为准确地进行有限元模拟奠定基础,并为制定适宜的工艺参数提供了理论基础。
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