高速冲击细化晶粒方法研究

论文摘要

磁脉冲成形的变形速率为准静态成形的100-1000倍。能显著提高金属的成形能力,同时,可使材料从微观组织到力学性能产生一系列的改变。因此本文从数值模拟、工艺实验、微观组织分析三个方面,对纯Cu棒、Q235板在脉冲磁场力驱动下的冲击变形和晶粒细化等内容进行了研究。利用DEFORM-3D得到了圆棒磁脉冲高速镦粗和平板磁脉冲高速冲击的载荷-行程曲线,并分析了平板磁脉冲高速冲击后板材的等效应变分布规律。结果表明,每次变形过程中,板材弯曲延伸区和未变形区会产生协调变形,等效应变在板长方向分布不均匀,导致板材的左右两端会产生约1个齿宽的“畸变区”,在板中间有小幅波动,波动幅度随着压制道次的增加而变大。冲击变形试样的显微组织观察表明,圆棒磁脉冲高速镦粗和平板磁脉冲高速冲击方法都有效细化了材料的晶粒。在圆棒磁脉冲高速镦粗条件下,纯Cu棒由原始的200μm细化为大量微米级细晶和拥有微米级亚结构的粗晶;在平板磁脉冲高速冲击条件下,Q235板平均晶粒尺寸由20.7μm细化为5.15μm。硬度分析结果表明,在本文研究条件下,纯Cu试样的加工硬化现象不显著,但心部硬度高于其他部位。Q235板A区和B区的硬度都随着道次的增加而上升,在第1道次时上升幅度最大,经过4道次变形后,A区与B区硬度差异消失; A区和B区的I.F.值先增大后减小,表明加工硬化不均匀性在第1道次时上升最大,而后逐渐减小。进行了平板磁脉冲高速冲击与CGP的比较研究,结果表明,平板磁脉冲高速冲击能够延缓裂纹的产生,变形更均匀,增加板材的可压制道次;平板磁脉冲高速冲击细化晶粒能力更强,相同道次下,细化速率更快,板材晶粒弯曲的现象不明显;平板磁脉冲高速冲击下的硬度要低;平板磁脉冲高速冲击下条件下板材A区和B区的I.F.值要比CGP的要小,因此平板磁脉冲高速冲击改善了材料的加工硬化均匀性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高速率变形成形性研究
• 1.3 限制模压变形法（CGP）及其研究现状分析
• 1.3.1 CGP 原理及特点
• 1.3.2 CGP 的影响因素
• 1.3.3 CGP 国内外研究现状
• 1.3.4 CGP 存在的问题
• 1.4 课题意义及主要研究内容
• 第2章 实验内容及方案
• 2.1 引言
• 2.2 圆棒磁脉冲高速镦粗方案
• 2.2.1 圆棒磁脉冲高速镦粗简介
• 2.2.2 实验条件
• 2.2.3 实验方案
• 2.2.4 显微形貌观察
• 2.2.5 显微硬度观察
• 2.3 平板磁脉冲高速冲击实验方案
• 2.3.1 平板磁脉冲高速冲击简介
• 2.3.2 实验条件
• 2.3.3 实验方案
• 2.3.4 显微形貌观察
• 2.3.5 显微硬度观察
• 2.4 本章小结
• 第3章 高速冲击细化晶粒方法数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 DEFORM-3D V6.1 概述
• 3.2.1 DEFORM-3D 介绍
• 3.2.2 DEFORM-3D 的体系
• 3.3 圆棒磁脉冲高速镦粗过程数值模拟
• 3.3.1 数值模拟建模
• 3.3.2 模拟结果分析
• 3.4 平板磁脉冲高速冲击过程数值模拟
• 3.4.1 数值模拟建模
• 3.4.2 模拟结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 高速冲击细化晶粒的实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 圆棒磁脉冲高速镦粗实验结果分析
• 4.2.1 变形量对Cu 棒晶粒组织的影响
• 4.2.2 工艺参数对Cu 棒晶粒组织的影响
• 4.3 平板磁脉冲高速冲击实验结果分析
• 4.3.1 平板磁脉冲高速冲击与CGP 对Q235 板可压制道次的影响
• 4.3.2 平板磁脉冲高速冲击与CGP 对Q235 板晶粒组织的影响
• 4.3.3 平板磁脉冲高速冲击与CGP 对Q235 板显微硬度的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢