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镁合金是最轻的金属结构材料,是武器装备轻量化的最佳选材之一。履带车辆作为陆军主战武器装备,其负重轮是复杂的承力构件,使用镁合金实现其轻量化,具有重要研究意义。目前,镁合金产品主要通过铸造生产,缺陷多、力学性能差。塑性成形的镁合金产品具有更好的力学性能,可以满足更多结构件的需求。但镁合金为密排六方晶体结构,不易进行压力加工,对于复杂结构件的塑性成形更加困难。 本文针对镁合金负重轮塑性成形展开研究,在实验的基础上通过灰色关联分析与模糊推理方法对成形参数进行了多目标优化,得到了最优化的镁合金负重轮成形参数组合,并通过试制实验加以验证。 首先,通过热压缩模拟实验,基于动态材料模型建立了AZ80镁合金的二维加工图,为成形工艺参数的选择提供了参考依据。根据热压缩模拟实验与数值模拟仿真相互佐证反演了AZ80镁合金材料临界损伤因子,为数值模拟预报微裂纹的产生时机提供了可能。通过定量金相分析技术,建立了AZ80镁合金动态再结晶数学模型,为组织模拟提供了科学的依据。 根据热压缩模拟实验获得的真应力-真应变曲线,在Sellars蠕变方程的基础上,通过软化因子η=lnσ-lnσP/lnζε的引入,建立了AZ80镁合金动态再结晶软化唯象本构模型:lnσ=λ(ε-εP)2lnζε+ lnσP。模型表示了温度、应变速率和应变对应力的影响,考虑了P动态再结晶的软化效应,只有8个待定参数,参数相对较少且易确定。其中,软化因子与峰值应变之间的关系在一定程度上反映了由动态再结晶引起的软化过程;不同变形条件下λ的取值表示了由峰值应力达到稳态应力的快慢,反映了传统的动态再结晶与连续动态再结晶两种不同的动态再结晶机制。 其次,研究了AZ80镁合金热压缩变形条件下的动态再结晶行为,发现动态再结晶晶粒平均尺寸随温度的升高、应变速率的降低而增大;随温度的降低、应变速率的增加而减小。在镁合金负重轮塑性成形过程中,通过适当增加Zener-Hollomon参数Z的值,选取适宜温度和高应变速率的加工工艺,可获得细晶组织,并保证其综合力学性能。 本文提出了基于应变、晶粒尺寸、损伤因子的变形均匀性评价因子,较传统的应变梯度等表示方法更为直观和方便。基于灰色关联分析和模糊推理方法,给出负重轮成形均匀性评价因子为目标的优化策略: (1)正交试验; (2)有限元模拟; (3)灰色关联系数计算; (4)基于模糊推理的灰色关联度计算; (5)计算极差,进行方差分析,给出显著性评价结果。 根据AZ80负重轮成形工艺数值模拟结果,进行多目标优化,得到了最优的工艺组合,以及各因素对综合变形均匀性指标影响的主次关系。模糊推理方法有效解决了关联度计算中目标权重分配的难题。 最后,在优化的参数组合基础上,设计了各工序的控制成形模具,进行AZ80负重轮的验证实验,试制出了符合设计要求的品质均匀镁合金负重轮,为镁合金在武器装备上的应用提供了有力的技术支撑。