中、高应变速率下AZ80镁合金高温变形力学行为研究

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rain
speeds by means of
3D
computer simula—
五 、
稼 耱
tioll[J].J.Mater.Process.Tech.,2004.145(3):360-
370
[3]L Li,J
on
Zhou,J Duszezyk.A 3D FEM simulation study

the isothermal extrusion of
410082
(State
Key Laboratory of Advanced Design and
Manufacture
tests
Vehicle Body,Hunan University,Changsha
China)
Abstract:In between
the present study,hot compression
ted and
stress

correction of
to

flow
stress
for deformation heating
at
medium/high
strain
rates
was
carried
ouL
was
introduced
numerical simulation of hot extrusion process.Good agreements between the predic—
准确地记录其变化情况。试样温升利用下式进行计
算眦]

2结果与分析
式中 2.1流变应力曲线及变形热对流变应力的影响 AZ80镁合金高温压缩实验实测的真实应力一应 变曲线如图2所示。在高温和低应变速率下,流变 应力相对比较稳定,没有明显的峰值出现。在低温
AT=(7(o.9~0.95)Iade)/(pCp)
true
uncorrected
stress/true
strain
curves
R)应用方程(3)对流变应力作关于试样温升的
修正对应力应变曲线进行修正。一定应变下,作出
2.3挤压模拟与实验结果对比 图6所示为模拟预测和实际测量的挤压力曲线, 可以看出,两者的差别很小,预测和实测最大挤压 力的相对误差只有5%,完全满足工程应用的要求。 另外,从图5中也可以看出,模拟挤压力峰值出现



p 、

燃 赠
L35
1.40
1.45
1.50
L55 1.6【’1.65
L‘70
L75
10001TIK-1
图4£一O.6时的应力一温度关系图
图3预设温度450"C各应变速率下的计算瞬时温度
Fig.3
Fig.4
Plot of

against
1000/T
at

strain of 0.6
Calculated instantaneous specimen
宾应变

录挤压力,并与模拟结果进行比较。表2为挤压实 验参数,这些参数也应用于挤压过程的数值模拟。



图l挤压带材的断面尺寸/mm
Fig.1
Dimensions of the extrudate in rnm
图2
AZS0镁合金真应力一真应变关系曲线
a)T=300℃;b)T=450℃
表2挤压工艺参数和边界条件
increases
with
the decreasing of deformation temperature and increasing of strain rate.With the increasing of strain rate.deformation heating became more pronounced.Thus The corrected flow
析材料的塑性变形行为,建立起材料的应力一应变本
随着计算机技术的发展,数值模拟已成为解决
构关系。拉伸、压缩和扭转等实验一般是基于试样 温度维持恒定的条件下进行的。然而,在中、高应
变速率条件下,实验过程中由于变形热的影响会使
塑性加工问题不可缺少的重要手段[1。5]。在应用有限
元模拟解决金属加工问题时,材料变形过程的物理

7075
aluminiuln billet
with
predetermined non-linear temperature distribu-
有限元技术对加工过程进行模拟优化前,通常借助
拉伸、压缩和扭转等一系列基本的实验方法对材料
*教育部新世纪优秀人才计划资助项目(20062148183)。 李落星E-mail:luoxing—li@yahoo.corn 作者简介:李落星,男,1968年生,湖南汨罗人,湖南 大学汽车车身先进设计与制造国家重点实验室,教授,博 士生导师,主要研究方向为材料成形过程的模拟与仿真 收稿日期:2007-09-12
of AZ80 magnesium alloy were performed
was
on
Gleeble 3500
stress
at
strain
rates
0.01s一1~50s一1 and deformation temperatures between 300℃~450℃.It
found that the flow
曲线与原来未修正的应力应变曲线进行对比。从图 5可以看出,修正与未修正曲线的走向一致,且在 低应变下,两曲线重合,但到达峰值应力后,修正 曲线就明显高于未修正曲线。通过计算可知,当温 度为300。C,应变速率为10s一,应变达到1时,修
temperatures during the compression
坯料长度/mm 坯料直径/mm 坯料温度/'c 挤压工具温度/'C 挤压简直径/mm 挤压比 挤压速度/mm・S-1 坯料与工具摩擦因子
200 47 400 325 50 23.6 1 1
低应变速率下,变形热不足以弥补试样向温度
较低的压头和周围环境的散热,试样的温度必须依
靠电阻加热来维持。低应变速率下变形时间较长, 温度容易控制,因此在低应变速率下试样温度比较 稳定。而中、高应变速率下,变形热来不及散失, 致使试样温度升高。另外,由于变形时间短,热电 偶的反应速度跟不上变形过程中的温度变化,不能
△T——温升 叩——绝热因子

(1)
I口de——机械功

pC,——热容 0.9~o.95——机械功转变为热的比例
和高应变速率下,流变应力持续增加到峰值,之后
万 方数据
98
塑性工程学报 图3为通过计算得到的试样预设温度为450'C,
第15卷
应变速率为Is~、10s.1和50s-1时试样温度变化。
样以10℃/s的速度加热到预设温度,保温60s使温 度均匀,压缩到4.4ram高,以达到真应变1。所有 实验都在氮保护气氛下进行。采用直径为0.08ram 的快速反应热电偶测量实验过程中试样温度的改变, 为防止热电偶从试样表面脱落,将其嵌入试样中部
呈现流变软化趋势,在应变速率为10s_1和50s-1 时,流变软化一直持续到变形结束。随变形温度的
Tab.2 Process
parameters used in computer
Fig.2
True
stress-true
strain
curves
of AZ80 alloy
test at
simulation and experimental verification
obtained from the compression
升高和应变速率的降低,峰值应力与对应稳定应力
之间的差值减小。从图2中还可以看出,同一温度
下,变形速率越高,流变应力峰值越高;同一应变
速率下,温度越低,峰值应力越高。
预先钻好的小孑L中。实验前在试样和压头之间放置
石墨薄片用以润滑。
表1
Tab.1
AZ80变形镁合金的化学成分/%
The nominal chemical composition
On the flow stress behavior of AZ80 magnesium alloy compressed
at high
temperatures and medium/high
LI Luo-xing LI Guang-yao for
strain rates
ZHONG Zhi—hua
measured values in extrusion pressure were achieved.
rate
Key words:flow stress;strain
deformation heating;numefieal simulation
在不同变形条件下的塑性变形行为进行研究。用这


些基本方法的实验数据求得的应力一应变关系可以分
模型是影响模拟精度的关键,其中以工件材料在变
形过程中的应力一应变本构关系、变形摩擦边界条件 以及材料的热参数等影响最大[6d1|。因此,在采用
试样温度不断升高,从而影响了实验结果的真实性。
本文对AZ80镁合金在中、高应变速率变形条件下, 压缩变形过程中试样温升对流变应力的影响进行了 分析,并加以修正,将修正后的流变应力值应用于 合金挤压变形过程的数值模拟。 1
tests at

pre-set
temperature of 450"C
2.2流变应力修正 金属高温变形的流变力学行为一般用本构方程 来描述。不同材料在不同变形条件下具有不同的变 形本构方程。许多学者通过对大量金属和合金的研 究,提出了描述不同金属及合金热变形的本构方