5083铝合金的超塑性研究

图 2.10 不同温度下 m 值曲线图 ..............................................................................21
图 3.10 修正后的本构方程的预测值与试验值的比较 ...........................................33
南京航空航天大学 硕士学位论文 5083铝合金的超塑性研究 姓名：苗建芸 申请学位级别：硕士 专业：航空宇航制造工程 指导教师：鲁世红 20080301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
轨道车辆的轻量化要求采用轻合金材料，但轻合金材料在冷态下成形塑性 较差难以精密成形零件。目前解决轻合金精密成形最有效的方法之一就是采用 超塑成形工艺技术。 本文采用高温单向拉伸试验方法，考察不同温度及应变速率条件对 5083 防 锈铝合金板料高温流变应力和延伸率的影响。试验结果表明，流变应力均表现 为随温度的升高或应变速率的降低而减小，延伸率在高温时表现出随应变速率 增大而减小的趋势，温度越高，延伸率对应变速率的降低趋势越显著。 基于Arrhenius方程拟合流变应力、应变速率和温度等参数的本构方程，将 应变因素引入Arrhenius方程，并对Zener-Hollomon参数添加应变速率补偿因子， 得到了改进的Arrhenius方程，新方程拟合得到的数据与试验数据在一定的温度 范围和流变应力的大部分区域有较好的吻合。 空洞是引起合金超塑性变形失效的重要原因，影响成形件的机械性能。本 文分别测试了在单拉和胀形情况下 5083 铝合金的空洞体积分数，采用施加背压 的方法研究了静水压力对超塑成形空洞的抑制作用，发现静水压力对空洞有显 著的抑制作用，能大量减少空洞的总密度。 利用大型非线形有限元软件 MSC.Marc 对超塑成形过程进行模拟仿真， 并与 试验结果进行比对，达到较好的一致性。
II
南京航空航天大学硕士学位论文
Key Words: AA5083, Superplastic forming, constitutive relation, cavitation, finite element simulation
III
5083 铝合金的超塑性研究
图清单
图 1.1 图 1.2 图 2.1 图 2.2 图 2.3 图 2.4 图 2.5 图 2.6 图 2.7 图 2.8 图 2.9 图 3.1 图 3.2 图 3.3 图 3.4 图 3.5 图 3.6 图 3.7 图 3.8 图 3.9 图 4.1 图 4.2 图 4.3 图 4.4 图 4.5 Ashby-Verrall 晶粒换位机制示意图..............................................................4 铝合金超塑性成形市场分布图 .....................................................................9 拉伸试验设备 ...............................................................................................12 拉伸试样的几何尺寸 ...................................................................................13 国产 AA5083 在不同温度不同应变速率下的 P-L 曲线 ...........................14 日本 AA5083 在不同温度不同应变速率下的 P-L 曲线 ...........................14 国产 AA5083 不同温度不同应变速率下的 σ-ε 曲线.................................16 日本 AA5083 不同温度不同应变速率下的 σ-ε 曲线.................................16 延伸率与应变速率自然对数的关系（a）500℃（b）535℃ ...................17 国产日产 AA5083 最大延伸率实物图（T= 535℃） ................................17 500℃、535℃lgσ-lg ε 曲线（a 为国产材料；b 为日本材料） .................20 动态回复及动态再结晶示意图 ...................................................................24 不同温度不同应变速率下的 σ-ε 曲线 ........................................................26 应力 σ 与应变速率对数 ln ε 的关系 .............................................................27 应力对数 ln σ 与应变速率对数 ln ε 的关系...................................................27 ln[sinh（ασ）]与 1/T 的关系 .......................................................................28 lnZ 与 ln[sinh（ασ）]的关系 .......................................................................29 不同变形条件下流变应力预测值与试验值的对比 ...................................29 AA5083 本构方程各材料参数与应变的关系 ............................................30 应力-应变预测值与试验值的对比 ..............................................................32 T＝450℃、 ε ＝5×10-4 和 ε＝0.46 时的空洞形态（×200） ....................37 T＝450℃、 ε ＝5×10-4 和 ε＝0.62 时的空洞形态（×200） ....................38 V 形空洞形核过程示意图 ...........................................................................38 O 形空洞形核示意图 ...................................................................................39 T＝450℃、 ε ＝5×10-4、端口附近的空洞形态（×200） ........................39
关键词： 5083 铝合金，超塑性，本构关系，空洞，有限元仿真
ห้องสมุดไป่ตู้
I
5083 铝合金的超塑性研究
ABSTRACT
Railbound vehicle’s lightweight requests to use the light alloy. However, The light alloy is generally difficulty to precisely form components due to its lower plasticity at room temperature. Superplastic forming is one of the best methods to precisely manufacture light alloy components. Through experiment of unidirectional tensile at high temperature, the flow stress and elongation of the 5083 anti-rust aluminum alloy sheet is studied with changing temperature and strain rate. The results show that the flow stress of the alloy reduced with increasing deform temperature and increased with increasing strain rate and the elongation reduced with increasing strain rate. The higher the temperature, the more significant of the decreasing tendency that the elongation corresponding to the reducing of strain rate. The Arrhenius equation incorporating the effects of stress, strain rate and temperature of the material is derived. A revised Arrhenius equation is derived by compensation of strain and strain rate. Comparisons between the experimental and predicted results were carried out and confirmed that the developed constitutive equations can accurate response the experimental result in a certain temperature range and the majority of regional flow stress. For most materials, cavitation often precedes failure and excessive cavitation can impose significant limitations on the industrial usage of superplastically formed components. The volume fraction of AA5083 is tested separately in unidirectional tensile and bulging. The effect of hydrostatic pressure on cavitation is studied through exerts back pressure. It is found that hydrostatic pressure has significant inhibition on cavitation and can reduce the cavitation density massively. To simulate superplastic forming of AA5083, a commercial non-linear FE code MSC.Marc has been used. Compared with experimental result, good uniformity is achieved.