镁合金具备密度小、比强度和比刚度高、减振性和电磁障蔽成效佳、回收欺诈率高级长处，是目下最具进展潜力的轻量化材料之一。但是，由于镁合金的密排六方晶体组织对称性低，自力的滑移系较少，使得其成形性较差。采取热加工工艺能够显著抬高镁合金的塑性变形本领，同时动态再结晶的产生能够细化宏观布局，抬高综协力学功用。镁合金再结晶历程受形变不平均性及工艺参数敏锐性的影响，本质临盆中存在加工功用差、布局衍化机理繁杂、细晶布局遏制难的题目。竖立反响镁合金宏观布局特色的本构模子，能够为本质成形历程中的金属固定剖析、布局功用推断及工艺参数优化供给理论教导。当今耦合材料变形-宏观布局讯息的统一内变量模子已宽广运用于剖析碳钢、铝合金、钛合金及镍基合金等金属的热塑性成形历程。进一步进展镁合金动态再结晶软化流变特点及宏观布局衍化的统一内变量切确建模法子，是镁合金塑性成形历程数值摹拟探索的急迫方位。
近来，北京科技大学苏泽兴博士和孙旭日教讲课题组经过思量AZ80镁合金热变形历程中的粘塑性流变特点及宏观布局衍化机理，采取统一内变量建模法子引入塑性应变率、归一化位错密度、再结晶临界应变及体积分数、晶粒尺寸等特色变量，竖立了耦合布局衍化的粘塑性本构模子。模子关于不同变形前提下的固定应力软化特色、再结晶体积分数及晶粒尺寸衍化具备较强推断本领。进一步将模子运用于等通道转角挤压工艺的有限元摹拟，展示了挤压历程中不同变形分区的布局衍化规律，为镁合金挤压工艺的布局遏制供给理论教导。镁合金统一粘塑性本构模子的竖立思量了力学功用与宏观布局衍化之间的关联，个中镁合金的热变形特点展现为与塑性应变率εp关系的粘塑性固定，与初始降服应力k、强硬应力H悠闲均晶粒尺寸d关系；强硬速度受位错密度ρ的影响，与加工强硬、回答及再结晶关系；再结晶历程的进展由再结晶体积分数S遏制，其产生须要到达确定的产生工夫x及临界应变εc，与位错密度关系；再结晶的产生能够增多整体晶粒数目进而细化晶粒，同时在热效应下的晶界转移能够督促晶粒长大，两者联合决计平衡晶粒尺寸的衍化；弹性应变与固定应力σ之间的关联由胡克定律给出。基于上述剖析，采选固定应力、塑性应变率、位错密度、再结晶体积分数悠闲均晶粒尺寸做为形态变量，竖立的镁合金统一粘塑性本构模子以下：
个中B、k、C、N、A0、G1和G2为与变形温度关系的模子参数，其抒发式以下：
基于粘塑性本构模子揣度赢得不同变形前提下的固定应力弧线，并与尝试效果停止对比，效果如图1所示。能够看出，模子关于不同变形温度及应变速度下贱动应力的推断效果较为切确，能够较好地描摹加工强硬及动态软化特色的固定应力改变。图1（d）给出了固定应力推断值与尝试值的关系性剖析效果。两者关系联数、平衡相对过失和均方根过失离别为0.、4.27%和2.82MPa。上述效果说明，竖立的AZ80镁合金粘塑性本构模子推断精度较高，能够较好地描摹AZ80镁合金热变形历程中的固定应力改变动做。图1AZ80镁合金不同变形前提下贱动应力尝试值（标识）与推断值（实线）对比效果：（a）0.1s-1,（b）0.01s-1,（c）0.s-1和（d）关系性剖析
基于Deform-3D数值摹拟平台对本构模子停止二次开采，竖立等通道转角挤压有限元模子，挤压工艺参数配置为挤压温度°C、挤压速度3mm/s。剖析挤压历程中宏观布局变量的散布规律，效果如图2所示。由图2（a）中的归一化位错密度散布能够看出，通道转角处位错密度显著抬高，展现出剪切变形带散布特点。图2（b）和（c）离别为再结晶体积分数悠闲均晶粒尺寸摹拟效果，两者的散布规律一致。坯料在通道转角处经验剪切变形后，再结晶体积分数抬高，平衡晶粒尺寸消沉。挤压通道出口处的坯料再结晶体积分数较低，平衡晶粒尺寸较高，这是由于通道直径改变致使金属固定不平均而至。
图2等通道转角挤压宏观布局变量摹拟效果:（a）归一化位错密度，（b）再结晶体积分数和（c）平衡晶粒尺寸
基于等通道转角挤压数值摹拟效果，对图2（c）中变形坯估核心轴的一系列点停止数据剖析，赢得归一化位错密度、再结晶体积分数及平衡晶粒尺寸随变形路途的衍化规律，效果如图3所示。个中横坐标界说为核心轴的不同地方到通道上端核心点的间隔。能够看出，挤压最先时由于加工强硬的影响，位错密度慢慢抬高，在到达峰值后由于动态再结晶效应的显著加强，位错密度最先消沉；跟着挤压历程的停止，再结晶体积分数抬高，平衡晶粒尺寸消沉。
图3不同积累轧制压下量和轧制80%-峰值时效合金的室温拉伸应力-应变弧线
将等通道转角挤压赢得的坯料沿对称截面剖开，根据图2（c）中坯料剪切变形前A1、剪切变形区A2及剪切变形后A3三个特色地方停止取样剖析，其宏观布局效果如图4所示。剪切变形前的宏观布局由近等轴晶粒及少许动态再结晶晶粒构成；剪切变形区的宏观布局再结晶水平抬高，平衡晶粒尺寸显著消沉；剪切变形后微小再结晶晶粒的比例进一步增多，宏观布局显然细化。对不同变形区再结晶体积分数及平衡晶粒尺寸停止统计。剪切变形前A1、剪切变形区A2及剪切变形后A3地方的再结晶体积分数离别为0.15、0.58和0.76，响应平衡晶粒尺寸离别为17.7μm、12μm和8.7μm。将宏观布局衍化的尝试效果绘制于图3中。能够看出，不同变形区再结晶体积分数及平衡晶粒尺寸的尝试值与模子推断值较为热诚。模子能够较好地推断等通道转角挤压历程中的宏观布局衍化规律。
图4等通道转角挤压历程不同变形区的宏观布局:(a)剪切变形前A1,(b)剪切变形区A2和(c)剪切变形后A3
综上所述，本探索竖立了AZ80镁合金热加工历程耦合布局衍化的粘塑性本构模子，表现了镁合金动态再结晶软化特色的流变特点，胜利推断了等通道转角挤压历程不同变形分区的宏观布局衍化规律，剖析效果说明转角通道处的剪切变形能够积累高位错密度，抬高再结晶体积分数，实行晶粒细化。模子能够为镁合金热加工工艺优化及布局遏制供给理论教导。
02文章颁发该文章颁发在《JournalofMagnesiumandAlloys》年第10卷第1期：
[1]ZexingSu,ChaoyangSun,MingjiaWang,LingyunQian,XintongLi.ModelingofmicrostructureevolutionofAZ80magnesiumalloyduringhotworkingprocessusingaunifiedinternalstatevariablemethod[J].JournalofMagnesiumandAlloys,,10(1):-.03文章下载扫描
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