变形镁合金板材轧制温度与边裂问题研究

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变形镁合金具有密度小、比强度高等优点,其轧制板材广泛应用于航空宇航、汽车工业、船舶重工等重要行业,是一种新型的并且能够在未来某些领域上替代钢铁和铝合金的材料。但是变形镁合金在受到辐射换热、对流换热、镁板与轧辊之间的接触换热、摩擦生热、塑性变形生热等温度因素和轧辊拉压应力交互影响,产生轧制边裂缺陷的问题非常严重,本文通过研究上述热力影响因素对热轧镁板性能和边裂缺陷规律的影响,进而建立关于热轧镁板的温度场数学模型和边裂预控和控制机制。塑性有限元数值模拟方法,是通过一种运用能量方程、变分原理,结合金属的加工硬化效应和成形特点,广泛适用于各种边界问题的方法。有限元软件通过对成形工艺条件参数的设置来预测工件的成形效果,并且能够在成形过程中模拟出内部组织变化,对实际工艺中控制组织演变有一定的指导意义。本文首先通过Gleeble-1500D热变形模拟试验机在不同温度和不同应变速率下对铸态AZ31B镁合金试样进行压缩,通过对其应力-应变数据进行线性回归处理,建立AZ31B镁合金热变形本构方程、峰值应变方程、动态再结晶动力学模型,并基于热变形实验数据对各个数学模型进行验证。其次,耦合辐射换热、对流换热、镁板与轧辊之间的接触换热、摩擦生热、塑性变形生热等温度影响因素,建立了AZ31B镁合金板材轧制温降数学模型、沿板宽方向温度场数学模型、空冷状态数学模型和裂纹扩展应力数学模型及边裂单元点阵分析方法。利用Deform-3D数值模拟软件分析了不同工艺参数下轧制镁板,观察镁板边部损伤和温度分布的情况,并用Deform-3D的microstructure模块对镁板中部和边部进行取点模拟,对内部晶粒尺寸变化做了定量研究。研究了不同热轧工艺参数下进行轧制对铸轧镁板组织和力学性能以及边裂缺陷的影响规律,提出通过消除AZ31B铸轧镁合金板材内部分层树枝晶结构和Mg17AlZn12以及Mg2Si脆性相来细化晶粒,以达到提高性能,减少边裂的目的,并对轧后板材进行力学性能分析,将轧制实验中的温降与有限元数值模拟结果进行对比分析。本文依托于洛阳某铜企的宽幅变形镁合金板材轧制项目,实验结果和数值模拟结果误差较小,对本项目工程的研究和应用实施有一定的指导意义。
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