【摘 要】
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近年来,随着对电致塑性效应的研究越来越多,电辅助塑性成形成为一种比传统热成形能源利用率更高的新兴成形手段。许多研究通过在轧制、拉拔、拉深、镦粗和渐进成形等工艺中施
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近年来,随着对电致塑性效应的研究越来越多,电辅助塑性成形成为一种比传统热成形能源利用率更高的新兴成形手段。许多研究通过在轧制、拉拔、拉深、镦粗和渐进成形等工艺中施加一定的电流,使金属获得了更高的成形性能。但有些学者发现,许多金属在电辅助单向拉伸过程中,延伸率反而出现了下降,如AZ31B镁合金和Ti6Al4V钛合金等。随着新能源汽车和航空航天等领域的快速发展,镁合金等轻型合金材料展现出其优势和广阔的应用前景。为了探究电流对轻型合金成形性能的影响,本文分别通过有限元模拟和实验的方法,研究了单向拉伸中电流对AZ31B镁合金和S32750铁素体-奥氏体双相不锈钢成形性能的影响,主要研究内容如下:(1)用Hocket-Sherby流动应力模型拟合了323K573K,0.001s-10.1s-1应变速率下退火态AZ31B镁合金电辅助拉伸的流动应力曲线,并通过建立与温度和应变速率相关的流动应力模型,外推得到了实验范围(0.001s-10.1s-1)以外应变速率下的流动应力曲线。曲线代入有限元模型中计算得到的载荷-位移曲线与实验值吻合良好。(2)基于ABAQUS有限元模拟软件,建立了AZ31B镁合金电辅助拉伸的多物理场耦合有限元模型,分别模拟了AZ31B镁合金电辅助拉伸和等温拉伸过程。得到了AZ31B镁合金电辅助拉伸时电场、温度场和应变速率场沿试样的分布和随变形进行而发生的演化。发现通电拉伸时,沿试样长度方向存在显著的温度不均匀,导致电辅助拉伸试样更快地产生了变形的局部化。该变形局部化使通电拉伸试样缩颈提前,延伸率显著降低。(3)通过在有限元模型中引入破裂应变,探讨了AZ31B镁合金通电拉伸的成形极限。研究结果表明,相同的温度和应变速率下,通电和等温拉伸具有相近的破裂应变。提出了AZ31B镁合金破裂应变与Z参数的关系表达式;计算了温度、应变速率和电流对其Freudenthal破裂能量的影响。由于电流几乎不改变试样的断面收缩率,因此断面收缩率可以作为AZ31B电辅助拉伸的塑性指标。(4)进行了S32750双相不锈钢电辅助拉伸和同等温度下无电拉伸对比实验,发现电流使该不锈钢拉伸延伸率提升约10%而不改变其流动应力。说明电流对不同合金的成形性能具有不同的作用效果。
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