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本文采用高温等温压缩试验,研究了AZ80镁合金的高温塑性变形行为,建立了高温塑性变形本构方程。结合不同变形条件下的塑性加工图和微观组织,确定了AZ80合金塑性可加工区域以及高温塑性变形机制。利用有限元模拟软件模拟了镁合金管材的正挤过程,较为详细的分析了变形温度、变形速度对管材内部等效应变场、等效应力场、温度场以及挤压力的影响规律,并根据模拟数据建立了挤压极限图,主要研究结果如下:
1、AZ80合会高温等温压缩流变应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大且存在稳态变形特征,可用双曲正弦函数来描述高温塑性变形行为,即流变应力与应变速率和变形温度之间的关系。针对AZ80合金流变应力的软化特征,建立了包含软化因子在内的流变应力数学模型:
σ=4058.8×ε0.6284(ε)0.6284(ε)0.06133(-0.00365T-1.9762ε)
2、根据流变应力曲线,建立了功率耗散图。当流变应力达到稳态流变阶段,峰值区域主要有三个:低温低应变速率域`(230-260℃,0.001-0.01 s-1)、中温低应变速率域Ⅱ(240.370℃,0.001-0.01 s-1)和高温低应变速率域Ⅲ(400-500℃,0.001-1 s-1),与此同时应变量对功率耗散图中峰值区域的分布影响不大,说明AZ80合金是一种应变不敏感材料。可加工区主要集中在中高温区段和应变速率较低的区域即在350℃以上应变速率小于0.1 s-1的区域。在稳态加工区当温度高于450℃时,动态再结晶行为很明显,晶粒已经粗化。根据功率耗散图和延伸率可知,材料的最佳加工工艺为变形温度410℃,应变速率0.001 s-1。
3、当应变速率大于0.1 s-1时以及温度小于350℃的大部分区域失稳因子为负值,此时AZ80合会在这些加工区域表现出明显的加工失稳现象,其失稳变形机制主要为局部流变。因此,AZ80合金在实际的热加工艺制订中应该避免出现在这些区域。
4、根据流变应力数学模型,对管材挤压有限元数值模拟结果表明:管材变形最大等效应变区域主要集中在出模口处,坯料充满凹模管腔的过程中挤压力逐渐增大,在坯料流出模口一定距离时挤压力达到最大值,之后随着挤压的进行,挤压力逐渐下降。随着变形温度的升高,坯料的等效应力和温升都降低,挤压力也随之减小而等效应变变化不大:随着挤压速度的增大,变形不均匀性增大,温升也显著增加而对等效应力的影响并不明显,同时挤压力呈下降趋势。
5、根据计算机数值模拟结果,绘制了AZ80合金挤压极限图。通过在同等挤压工艺条件下的挤压试验,发现计算出的挤压极限图和挤压试验结果基本吻合,因此挤压极限图的计算和绘制为实际生产提供了理论依据。