中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度预测

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预测。结果表明:BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化,PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化;这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确,相较于PSO-BP神经网络,其平均绝对误差从15.3764降低至3.4288,平均相对误差从5.94%降低至1.32%,均方误差从251.3662降低至20.7199,相关系数从0.7753提高至0.8937;通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度,而应变速率与抗拉强度呈负相关关系,压下量与抗拉强度呈正相关关系。

基于机器学习的AZ31镁合金轧制板材腐蚀电位预测研究

目的为了实现对AZ31镁合金轧制板材耐腐蚀性能的调控。方法以AZ31镁合金轧制板材的下压量、轧制温度和应变速率3个轧制工艺参数作为输入变量,腐蚀电位作为输出变量,采用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和反向传播神经网络(BP)4种机器学习模型对AZ31镁合金轧制板材的腐蚀性能进行预测。结果计算得出,支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和反向传播神经网络(BP)4种机器学习模型的平均绝对误差(MAE)分别为0.01365、0.01259、0.01072和0.01538;均方误差(MSE)分别为0.000247、0.000182、0.000169和0.000354;决定系数(R^(2))分别为0.61、0.71、0.74和0.44;下压量、轧制温度和应变速率与腐蚀电位的Pearson相关系数分别为0.755、0.262和0.015。结论对比上述4种机器学习模型,K近邻(KNN)模型对AZ31镁合金轧制板材腐蚀电位的预测效果更好;由Pearson相关系数热力图可知,下压量与腐蚀电位呈正相关,这是由于随下压量的增加,晶粒逐渐细化,镁合金的耐腐蚀性能随之增加;轧制温度与腐蚀电位呈正相关,归因于随轧制温度的增加,孪晶数量逐渐减少,孪晶与镁基体形成的微电偶效应减弱,提高了腐蚀性能。

不同轧制工艺对AZ31镁合金薄板室温成形性能的影响

采用常规轧制(NR)、异步轧制(DSR)和交叉轧制(CR)3种不同工艺来获得AZ31镁合金板材并进行室温成形性能的研究。结果表明:AZ31镁合金板材的综合力学性能不仅与晶粒尺寸有关,还与晶粒取向有关。基面织构的减弱可明显提高板材的胀形性能。异步轧制明显降低板材基面织构强度,使板材室温冲压性能得到提高。交叉轧制使晶粒显著细化,基面织构增强,提高了板材的力学性能,却降低其冲压成形性能;同时交叉轧制可以减弱板材各向异性。研究结果为改善镁合金室温塑性与成形性能提供了理论依据和新思路。

轧制方式对AZ31镁合金薄板组织和性能的影响

研究轧制方式对AZ31镁合金薄板组织和性能的影响。交叉轧制可使材料的延伸率显著提高,σ0.2和σb明显下降,加强了组织的均匀性和等轴性。交叉轧制的AZ31镁合金薄板具有良好的深冲性能。

拉伸孪晶对AZ31镁合金薄板可轧性和组织性能的影响

通过弯曲限宽矫直工艺在AZ31镁合金薄板中预置了拉伸孪晶,随后对原始板材和预置孪晶板材进行轧制,对比分析了初始组织对板材在轧制过程中的塑性变形协调能力的影响,探索了不同轧制压下量对两种板材的组织和力学性能的影响。结果表明:弯曲限宽矫直后板材的强度和塑性都得到了提升,轧制后的原始板材剪切变形带较少。在后续的拉伸试验中,在相同压下量下塑性变形能力也明显提升。

轧制工艺对AZ31B镁合金薄板组织与性能的影响

研究了轧制温度和轧制速度对AZ31B镁合金薄板微观组织演变和力学性能的影响。结果表明,轧辊加热有利于镁合金薄板成型;AZ31B镁合金在低温或低速轧制时薄板纵向组织为大量的切变带,切变带区域包含大量孪晶组织,横向组织为含极少量孪晶的等轴晶组织;在轧制温度为400℃和轧制速度为16m/min轧制时,由于动态再结晶,横纵截面组织均为等轴晶。AZ31镁合金薄板的最佳轧制制度为轧辊温度为70℃、轧制温度为400℃、轧制速度为6m/min,此工艺轧制的薄板横向抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为350MPa、300MPa和12%,纵向为345MPa、290MPa和11.2%,纵向与横向性能差别明显减小。

轧制路径对AZ31镁合金薄板组织性能的影响

研究了异步轧制路径对AZ31镁合金板材的金相组织和性能的影响。结果表明,以每道次轧制方向旋转180°而板正法向不变的路径轧制时,板材的金相显微组织较好,晶粒细小(约为20μm),孪晶少,伸长率达到26%,并且板材的屈服强度、应变硬化指数较高;而按每道次板材轧制方向和板正法向均旋转180°的路径轧制时,板材的塑性应变比值最大。这说明异步轧制路径对AZ31镁合金性能的影响是比较复杂的,应该综合考虑异步轧制工艺条件的影响,通过工艺优化提高异步轧制AZ31镁合金板材的冲压成形能力。

AZ31镁合金薄板热油恒温成形数值模拟与实验研究

利用有限元模拟和成形实验相结合的方式,研究AZ31镁合金的成形性能,基于Dynaform模拟软件和热油恒温成形设备,探究出一种适合镁合金的热成形工艺,并对成形件显微组织进行分析.研究表明,通过调整薄板尺寸、模具R角、压边力及摩擦系数等工艺参数,以降低成形件的底部减薄率,减少破裂倾向,提高镁合金的成形性能;成形温度为200℃,模具R角为16 mm,薄板直径为80 mm,并调整合适压边力和摩擦系数,可获得最佳的工艺窗口;靠近成形件底部,晶粒及第二相尺寸逐渐减小并趋于均匀化.

基于翻孔试验的AZ31B镁合金薄板温成形特点研究

以1.6 mm厚的AZ31B镁合金板料为研究对象,利用Deform-3D软件探究了温成形翻孔工艺的成形特点,分析了成形温度、冲压速度和压边间隙对制件成形过程中等效应力、成形载荷及厚度变化的影响规律和机理,在此分析结果基础上提出了翻孔优化工艺,并通过对比优化工艺下仿真试验和物理试验中制件的变形情况,验证了模拟仿真的正确性。结果表明,扩孔阶段制件凸缘区材料应力波动幅度最大,达到141.29 MPa,减薄和增厚最严重的区域分别是伸长区底部和凸缘区,分别达到20.00%和3.13%,温度与材料的等效应力峰值及应力分布不均匀性呈负相关,较低的冲压速度可以给材料变形提供充足的缓冲时间,有利于降低等效应力峰值和增厚率,压边间隙主要影响材料厚度变化情况而对材料主变形区等效应力的影响较小,仿真试验与物理试验制件的终态材料厚度分布趋势一致,凸模峰值载荷误差为0.94 kN,仿真试验结果与物理试验结果具有良好的一致性。

非对称交叉轧制对AZ31镁合金微观组织的影响

采用金相显微镜、背散射电子衍射仪(EBSD)研究了对称交叉轧制和非对称交叉轧制对AZ31镁合金微观组织的影响。结果表明:非对称交叉轧制在晶粒细化方面明显优于对称交叉轧制。经4道次非对称交叉轧制退火后,AZ31镁合金平均晶粒尺寸为10μm,而经4道次对称交叉轧制后AZ31镁合金平均晶粒尺寸为20μm。与对称交叉轧制AZ31板材相比,非对称交叉轧制AZ31板材(0002)基面织构强度较低,且极轴偏离ND方向20°左右。

不同轧制方式对AZ31B镁合金薄板组织性能的影响

试验研究了不同热轧方式(横轧、纵轧、交叉轧制)对AZ31B镁合金板材组织和力学性能的影响。结果表明,交叉轧制可使AZ31B镁合金板材组织的均匀性和晶粒细化效果显著提高,与横轧和纵轧后板材的平均晶粒尺寸10μm^20μm相比,交叉轧制后板材的平均晶粒尺寸仅为5μm^6μm,仅有少数的大于10μm。交叉轧制方式的镁合金板材抗拉强度大于其他两种轧制方式的,三者的伸长率几乎接近。经过交叉轧制的镁合金板材无明显各向异性,更有利于下一步的叠轧及冲压等塑性再加工。

挤压轧制薄板过程中AZ31镁合金的组织演变

对挤压轧制薄板过程中AZ31镁合金的显微组织和晶粒取向差的变化进行了试验研究。结果表明:AZ31镁合金铸锭经挤压后,中部和边部晶粒尺寸相差很大,小角度晶界较少,中部和边部的晶粒取向差分布出现较大区别,但没有孪晶出现;经轧制后,出现了孪晶,且随着变形量的增大,孪晶数量增加,小角度晶界增多,中部和边部晶粒尺寸差距逐渐减小;退火后,孪晶等变形组织消失,形成均匀细小的等轴晶,小角度晶界减少,中部和边部晶粒取向差都在30°附近。

不同叠轧工艺对AZ31B镁合金超薄板材组织及轧制成形能力的影响

试验研究了不同叠轧工艺对AZ31B镁合金板材微观组织及轧制成形能力的影响。研究结果表明,采用厚板夹薄板的叠轧工艺可成功制备出厚度为0.05 mm的AZ31镁合金超薄板材,且表面质量良好,无边裂现象,平均晶粒尺寸约5μm。这种叠轧工艺可以有效细化合金板材组织,显著改善AZ31镁合金超薄板的轧制成形能力。

轧制导入角对AZ31镁合金薄板头部翘曲的影响

目的研究轧制导入角对镁合金薄板轧制过程中头部翘曲的影响。方法设计实验导入角分别为-4.8°,-1.4°,3.1°,4.3°,7.2°的5组方案,并进行轧制实验。结果当入射角为-1.4°时轧制板材翘曲程度最小,入射角为7.2°时翘曲程度最大。随着导入角的增加,轧件非对称咬入,上下表层与轧辊的接触面积差、延伸变形量差增大,附加应力也随之增加,结果造成轧件翘曲程度逐渐增大。结论当导入角为-1°~2°时,轧件的上下表层接触面积、延伸变形量相当,产生的附加压力较小,轧制效果最佳。

应变速率对衬板轧制AZ31镁合金组织和力学性能的影响

目的研究应变速率对衬板轧制AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响规律,分析应变速率对AZ31镁合金组织细化和性能的作用机理,解决传统轧制下AZ31镁合金性能偏低的问题。方法将商用AZ31镁合金板材在350℃下以不同应变速率(7.5、10.9、15.3 s^(-1))进行衬板轧制,探究应变速率对AZ31镁合金显微组织和力学性能的影响。结果随衬板轧制应变速率的增加,镁合金中孪晶数量减少,显微组织由变形晶粒和动态再结晶晶粒组成的混晶组织转变为等轴的动态再结晶组织,平均晶粒尺寸增加。基面织构主要组分由{0001}1010和{0001}2110向{0001}1010转变。当应变速率从7.5s^(-1)增加到15.3s^(-1)时,镁合金的YS从230 MPa下降到183MPa,而UTS最初从281MPa增加到290MPa,然后又下降到265MPa。此外,EL从3.9%逐渐增加到14.6%。结论衬板轧制的应变速率显著影响了镁合金板材的显微组织、织构和力学性能,提高轧制应变速率可促进镁合金发生动态再结晶,从而细化晶粒、弱化基面织构,有助于提高镁合金的屈服强度和伸长率。合理选择镁合金衬板轧制的应变速率能够有效改善其综合力学性能,为后续的高强塑性镁合金制备提供一种行之有效的方法。

{10ī2}拉伸孪晶对AZ31镁合金薄板成型性能的影响

通过沿横向（TD）预压引入{1012}拉伸孪晶,室温下做单向拉伸试验研究{1012}拉伸孪晶对AZ31轧制镁合金薄板显微组织和成形性能的影响。研究发现,预压板材中出现大量孪晶,因孪晶切割晶粒细化晶粒效应,板材的屈服强度（YS）、抗拉强度（UTS）和断裂伸长率（FE）均获得了不同程度的提高,应变硬化指数（n值）增加,塑性应变比（r值）减小,板材成形性能显著提高。

具有细晶/混晶交替分布组织特征的AZ31镁合金轧板拉伸变形行为仿真

通过中等应变速率轧制获取细晶区和混晶区交替分布的AZ31镁合金轧制板材,构建不同组织特征的黏塑性自洽(VPSC)模型,预测板材在室温拉伸下的变形机制、织构演变和力学响应,研究细晶区与混晶区对塑性变形的贡献。结果表明:经410℃、平均应变速率1.9 s^(-1)、4.8 s^(-1)和7.8 s^(-1)制备的轧制板材中细晶区与混晶区呈现板织构特征,细晶区织构组分相较于混晶区更接近ND方向;随着轧制平均应变速率的增加,板材的细晶区与混晶区的织构组分差异逐渐减小。在室温拉伸塑性变形初期阶段,轧制板材的主要变形机制是基面滑移,次要变形机制是棱柱面滑移和锥面滑移,而拉伸孪生几乎不开启。压缩孪生启动时,部分晶粒向TD方向偏转56°,形成TD方向的织构组分。棱柱面滑移活性的降低,有利于增强锥面滑移的分离效应,促使ND方向织构极密度降低和双峰织构形成。轧制板材在拉伸过程中,由于细晶区的织构组分相较于混晶区更接近ND方向,使得在拉伸过程中细晶区相较于混晶区的基面滑移开启较少,非基面滑移开启较多,促使拉伸变形的过程中细晶区起强化作用,混晶区起弱化作用。织构组分差异逐渐减小,使得细晶区与混晶区的变形机制活性趋于一致,促使其在拉伸过程中对抗拉强度贡献也逐渐趋于一致。

多道次大压下轧制对AZ31镁合金薄板组织和性能的影响

对AZ31镁合金薄板分别进行多道次小压下及大压下轧制,平均道次压下率分别为14.5%和46%,研究两种轧制方式下AZ31镁合金的组织演变与力学性能。结果表明,小压下轧制AZ31镁合金板材表面氧化严重,组织逐渐均匀变细小,力学性能逐渐升高;大压下轧制方式AZ31镁合金板材表面氧化程度小,但是随着道次增加,表面出现薄屑,组织逐渐均匀细小,而剪切带越来越明显,力学性能逐渐下降。大压下轧制的板材组织中出现剪切带能够明显降低其力学性能。大压下轧制过程中,动态再结晶一直发挥重要作用,而小压下轧制初期主要变形机制为滑移,随着道次增加动态再结晶逐渐参与协调变形。

基于Deform 3D的AZ31镁合金不对称挤压变形工艺模拟

通过Deform 3D软件模拟了AZ31镁合金不对称挤压变形工艺过程。结果表明,设置不同水平长度流动距离促使材料不对称地流入挤压通道,进而形成不对称剪切变形,出现应变及应力集中分布的不对称性,促使材料晶粒沿着剪切面偏转,获得细晶、弱织构的高性能镁合金坯料。

浇铸温度对AZ31镁合金铸轧凝固焊合线的影响

基于φ880 mm×400 mm水平双辊铸轧机的实际工况,通过有限元模拟分析了浇铸温度对铸轧区AZ31镁合金凝固焊合线的影响规律。结果表明,浇铸温度对凝固焊合线位置影响较为明显,但对其形状影响较小。随着浇铸温度提升,凝固焊合线逐渐向出口靠近,边部Kiss点(K')和Kiss线上的凸点(K')连线与过K'点平行于铸轧方向的直线的夹角α先减小后增大。当浇铸温度为965 K时,铸轧过程中极易出现漏液,合适的浇铸温度范围为915~959 K。对比不同浇铸温度下的仿真结果,浇铸温度为945 K时,∠α最小,有利于缓解镁合金铸轧板带边裂。