Mg-Gd-Y-Zn-Mn高强韧镁合金型材挤压成形的数值模拟及实验研究

发布时间：2024-04-08 18:15

　　镁合金是21世纪以来比重最轻的金属结构材料,不仅具有高的比强度和比刚度,而且还具有良好的阻尼性能、电磁屏蔽性能及综合力学性能,是最具应用潜力的轻量化结构材料。我国铁、铝等矿产资源短缺,加之关键装备和重大工程对轻量化的需求,镁合金型材的应用前景非常广阔,特别是高强韧镁合金型材,在金属结构材料中性能优异,具有巨大发展潜力。随着镁合金应用领域的扩大,镁合金型材的需求日益增大,性能要求也越来越高,特别是在航空航天、轨道交通等轻量化对镁合金型材有重大需求的领域。通过对高强韧镁合金型材挤压成型技术的研究,突破镁合金挤压型材的力学性能和成型难度的限制,扩大镁合金的应用量。因此,高强韧镁合金型材的研发制备逐渐成为目前的研究难题和热点之一。本文首先通过有限元方法对航空集装器用高强韧镁合金工字梁型材、中空边框型材及轨道交通用高强韧镁合金支撑梁型材进行了挤压变形的数值模拟分析。对工字梁型材挤压过程的数值模拟分析表明,在挤压温度470℃,挤压速度1.5mm/s的工艺下,该型材的等效应变、等效应力、温度及速度分布均匀,成形质量良好,型材平直。对中空边框型材工艺优化的数值模拟分析表明,该型材的优选工艺为470℃,...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 高强镁合金
    1.3 镁合金的塑性变形
        1.3.1 镁合金的塑性变形机制
        1.3.2 镁合金的塑性变形方法
        1.3.3 镁合金的挤压成形工艺
        1.3.4 镁合金型材的挤压成形研究
    1.4 数值模拟在挤压成形中的应用
    1.5 课题研究目的及意义
    1.6 课题研究内容
    1.7 本章小结
2 实验过程及方法
    2.1 SolidWorks2012 的三维建模
    2.2 DEFORM-3D数值模拟
    2.3 HyperXtrude数值模拟
    2.4 热处理
    2.5 镁合金型材的挤压
        2.5.1 挤压设备
        2.5.2 挤压模具
    2.6 成分分析
    2.7 差热分析
    2.8 金相实验
    2.9 扫描电子显微镜观察
    2.10 拉伸实验
    2.11 本章小结
3 航空集装器用工字梁型材的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 数值模拟模型的建立
        3.2.1 几何模型的建立
        3.2.2 坯料局部的细化
        3.2.3 模型组合的定位
    3.3 数值模拟环境的设置
        3.3.1 挤压参数的选取
        3.3.2 坯料材质的定义
        3.3.3 凸模运动的设置
        3.3.4 摩擦关系的选择
        3.3.5 控制参数的设置
    3.4 数值模拟结果的分析
        3.4.1 等效应变的分析
        3.4.2 等效应力的分析
        3.4.3 温度分布的分析
        3.4.4 速度分布的分析
        3.4.5 加载曲线的分析
    3.5 本章小结
4 航空集装器用中空边框型材的数值模拟
    4.1 引言
    4.2 数值模拟模型的建立
        4.2.1 几何模型的建立
        4.2.2 模型组合的导入
    4.3 数值模拟前处理的设置
        4.3.1 提取流场
        4.3.2 选取工作带
        4.3.3 划分流场
        4.3.4 创建坯料
        4.3.5 选择材料
        4.3.6 设置挤压参数
    4.4 数值模拟结果的分析
        4.4.1 温度分布的分析
        4.4.2 速度分布的分析
        4.4.3 流动应力的分析
        4.4.4 静水压力的分析
        4.4.5 挤压力的计算
    4.5 本章小结
5 轨道交通用支撑梁型材的数值模拟
    5.1 引言
    5.2 数值模拟模型的建立
    5.3 挤压过程的数值模拟
        5.3.1 数值模拟的前处理
        5.3.2 模拟结果的分析
    5.4 挤压工艺优化的数值模拟
        5.4.1 数值模拟的前处理
        5.4.2 优化前模拟结果的分析
        5.4.3 型材结构的优化
        5.4.4 优化后模拟结果的分析
    5.5 本章小结
6 轨道交通用支撑梁型材的挤压试验
    6.1 引言
    6.2 型材的挤压过程
        6.2.1 铸锭的热处理
        6.2.2 型材的挤压实验
        6.2.3 成分分析
        6.2.4 差热分析
    6.3 型材挤压态的微观组织
    6.4 型材挤压态的力学性能
    6.5 型材时效态的力学性能
        6.5.1 普通时效工艺下的力学性能
        6.5.2 优化时效工艺后的力学性能
    6.6 本章小结
7 结论
参考文献
附录
    A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录
    C.学位论文数据集
致谢



本文编号：3948614