【摘 要】
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EZ30镁合金轻质高强、耐热性好,以其为材料制备的构件具有显著的轻量化优势,可有效提高飞行器载荷、速度和航程。因此,其杯形回转体及衍生产品在航空航天及军工领域有着迫切而广泛的需求。反挤压工艺是高效生产形状良好、性能优异杯形回转体的重要方式。为此,本文基于课题组前期制坯-反挤压工艺研究,分析了杯形件反挤压过程中的组织演化,结合仿真与实验研究了挤压温度和挤压比对杯形件组织及力学性能的影响;基于仿真模拟
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EZ30镁合金轻质高强、耐热性好,以其为材料制备的构件具有显著的轻量化优势,可有效提高飞行器载荷、速度和航程。因此,其杯形回转体及衍生产品在航空航天及军工领域有着迫切而广泛的需求。反挤压工艺是高效生产形状良好、性能优异杯形回转体的重要方式。为此,本文基于课题组前期制坯-反挤压工艺研究,分析了杯形件反挤压过程中的组织演化,结合仿真与实验研究了挤压温度和挤压比对杯形件组织及力学性能的影响;基于仿真模拟研究了杯形件不均匀变形和破裂现象,采用Oyane破裂准则对杯形件破裂进行很好的预测;面向复杂杯形回转体件,研究不同高径比对锻件成形性、组织及力学性能的影响。该研究为后续基于反挤压的杯形回转体制备提供工艺参数和理论支撑。挤压比2.26～5.76和坯料温度470～530℃参数下杯形件反挤压模拟结果显示,随反挤压比增大,累积应变量不断增大,且在壁厚方向应变分布差异减小,而温度的影响微弱;在变形热效应和表面散热的共同作用下,变形区温度随挤压比增大呈现先升高后下降的现象,并在挤压比5.76时温度最低。观察反挤压过程组织演化表明,杯形件发生了显著动态再结晶,其晶粒尺寸随变形区温度升高而增大,但在挤压比5.76时表现为变形与再结晶的混杂组织;杯形件织构表现为由镦粗织构转换为反挤压织构,其极密度随再结晶比例升高而略有下降。结合性能测试可见,挤压温度500℃挤压3.77挤压时,杯形件抗拉强度与延伸率分别达到278.6MPa与16.67%,为本文研究范围内最佳的反挤压工艺参数。模拟凸凹模中心不同偏移量下的反挤压过程,结果显示模具中心偏移程度越大,杯形件壁厚不均匀性越严重,其周向斜切裂纹形成的倾向性也越大;采用Oyane破裂准则对破裂位置进行预测,确立边界条件α=-0.146和C=14.154。对比实验分析显示,模拟结果与实际壁厚不均匀与破裂位置一致。对相应位置进行组织观察表明,这种壁厚不均匀导致不同位置组织的不均,并对力学性能有较大影响;裂纹不同位置的组织差异性较大,裂纹处位错密度远远高于其他位置。同时表明杯形件底部厚度与破裂有直接联系,较厚的底部厚度对成形有益。研究高径比0.31～0.80对复杂锻件的成形和性能影响,结果表明在高径比0.48时锻件具有良好的成形性,复杂锻件在成形过程中既有拉应变又有拉应变,过高的高径比易于在内部产生折叠等缺陷;高径比0.48时组织较为细小且织构更为弱化,对织构的进一步分析表明,锻件不同位置的织构具有显著差异,且主要取决于其最终阶段的应变状态,同时受反挤压过程应变路径的影响。这导致锻件性能呈现出与{10-12}＜11-20＞拉伸孪晶开动程度相关的各向异性,其中TD方向的性能优于其他两个方向。
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