基于粘塑性自洽模型AZ31镁合金塑性变形行为研究

以挤压态AZ31镁合金为研究对象,通过修正的VPSC模型,构建耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型,从微观变形机制的角度研究镁合金在不同加载方式下的塑性变形行为。通过EBSD等实验结果与模拟结果对比发现,轴向压缩过程中,协调变形的主要机制为拉伸孪生和基面滑移,拉伸孪晶的大量开启导致晶粒c-轴发生约90°的旋转,使得{0002}基面织构的极密度向挤压(ED)的正反方向偏移,{11-20}和{10-10}棱柱面织构的极密度逐渐向垂直于挤压方向的TD方向偏移;轴向拉伸过程中,变形初期的变形机制以基面滑移为主,棱柱面滑移为辅,随着变形的增加,主导变形机制变为棱柱面滑移;且无论变形百分比多少,{0002}和{11-20}极图基本没有发生变化,只是织构强度有所增加,而棱柱面滑移的大量开启,使得{10-10}棱柱面织构的极密度向ED方向偏移。

基于粘塑性自洽模型6061铝合金厚板轧制过程模拟

以厚度为60 mm的6061铝合金板材为研究对象,采用Deform仿真分析技术研究了不同压下率轧制变形过程中板材温度、应变、应力场的变化规律,着重分析了对板材心部、1/4处、表层的影响,并结合粘塑性自洽(VPSC)有限元法研究了板材不同位置处的织构演变规律,为铝合金轧制过程中的变形行为和各向异性研究提供了新的方法。结果表明:多道次轧制过程中,心部与表层区域的最大温差受轧件压下率影响不大,最大温差为10℃,板材表层和1/4处的累积应变均始终大于心部,轧件与轧辊接触导致表层承受较大的应力,轧件局部表现出明显的应力分布不均匀的状态;轧件表层、1/4处以及心部均形成了β取向线上的3种典型织构,即Copper织构{112}<11-1>、Brass织构{011}<21-1>和S织构{123}<63-4>,随着轧制压下率的不断增大,织构的体积分数越来越大,织构强度也逐渐增大,其中,S织构的体积分数和强度上升趋势明显,进一步说明S织构相比其他两种织构对应变变化过程更加敏感。

大角度ECAP变形模具制备纯钛的变形织构演化模拟

为了研究等径弯曲通道变形(ECAP)对纯钛变形织构的影响,本研究采用135°模具在室温条件下以C方式对纯钛实施2道次ECAP变形,然后利用X射线衍射(XRD)仪检测了原始纯钛以及ECAP变形后纯钛的织构,并与VPSC自洽理论模型计算的ECAP变形织构进行对比分析。结果表明:原始纯钛组织为等轴状,晶界清晰,其{0002}晶面极图的最大极密度为2.6,且主要为P 1织构,易发生柱面滑移,同时压缩孪生系处于易激活状态。而经1道次ECAP变形后的织构转变为P织构,同时出现C 2织构。经过2道次ECAP变形后,P织构消失,只存在C 2织构。VPSC自洽理论模型计算织构与实验织构大致相同,且2道次ECAP变形之后的纯钛试样均易发生基面滑移、拉伸孪生系更易被激活。

基于多尺度模型的镁合金薄板温轧再结晶和织构

建立多尺度模型阐明了镁合金薄板再结晶和织构演变机制。先用有限元法数值计算异步温轧工艺过程,得到了等效塑性应变、应变速率等结果,并以此作为初始边界条件引入基于位错密度演化的硬化方程,得到了VPSC(Visco-Plastic Self-Consistent)粘塑性自洽模型、实现了CA(Cellular Automata)元胞自动机模型的耦合计算,得到了宏观尺度上的应力与应变、微观尺度上的动态再结晶微观组织和变形织构。研究了异步温轧过程中应变速率对动态再结晶微观组织的影响,并用电子背散射衍射技术(EBSD)实验验证了在不同冷却条件下温轧AZ31镁合金薄板的微观组织。模拟结果表明:适当提高应变速率可细化晶粒;轧制后空冷处理的板材基面织构的弱化程度更高,有利于提高沿板材厚度方向的变形能力。

基于VPSC仿真的ZK60镁合金拉伸变形行为

通过实验和粘塑性自洽(VPSC)模型,研究了在室温下挤压态ZK60镁合金沿不同方向拉伸时的变形机制开动情况,及其与流动曲线、织构演变和显微组织的对应关系。通过调节VPSC模型的参数,建立了滑移和孪生耦合的晶体塑性力学模型。比较了不同方向拉伸过程中织构演变的差异,分析了变形机制对屈服不对称性的影响。实验和模拟结果表明:当沿垂直于挤压方向(PED)拉伸时,由于{1012}孪晶开动,大部分晶粒发生大角度旋转(约90°)。柱面滑移是导致ZK60合金沿不同方向拉伸时出现明显屈服不对称的主要变形机理。当ZK60合金沿挤压方向(ED)拉伸时,由于晶粒的择优取向分布,{1011}孪晶难以开动,导致ZK60挤压态镁合金拉伸屈服强度较高。ZK60镁合金沿着与ED成45°的方向拉伸时,屈服应力高于沿PED拉伸,但随着拉应力逐渐增大,由于沿PED拉伸时柱面滑移逐渐开动,沿PED应变后期的应力曲线逐渐高于沿与ED成45°方向应变的应力曲线。

挤压态AZ31镁合金的拉压不对称性及微观组织

在考虑滑移和孪生两大塑性变形机制的基础上,通过修正的粘塑性自洽(VPSC)模型,模拟挤压态AZ31镁合金轴向拉-压过程中的力学行为及微观组织。结合EBSD实验与模拟,分析了不同变形机制对初始挤压态丝织构镁合金产生拉压不对称的机理以及塑性变形过程中的微观组织。结果表明,轴向拉伸变形初期以基面滑移系为主,由于基面滑移的施密特因子较低,导致屈服应力较高;随着应变的增加,棱柱面滑移成为主导变形机制,应变硬化率降低,应力-应变曲线较平稳;轴向压缩变形初期,临界剪切应力较低的拉伸孪晶大量开启导致屈服应力较低;随着拉伸孪晶相对活性的快速降低,应变硬化率迅速提高;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪晶开始启动,塑性变形积累的应力得到释放,导致应变硬化率降低。另外,从典型晶粒的颜色和孪晶迹线方面解释了沿ED方向压缩时孪晶体积分数较小的原因。