镁合金异步轧制过程的deform模拟研究(附件)【字数：10037】
摘 要摘 要近二十年以来，因为变形镁合金自身具备密度较小，比强度较高，减重效果较明显，电磁屏蔽性较好等诸多优点，国际社会和世界强国开始重视并加大了对其研究力度。目前变形镁合金这种新崛起的材料已经被广泛使用到飞机汽车、电子产品和武器装备等多个领域。但是镁合金材料自身密排六方的晶体结构使其在室温条件下塑性很差，难以制备成形，所以目前研究重点主要集中在如何提高镁合金的塑性成形能力。本文使用认可度较高的商业化软件DEFORM，依据相关理论成果创建AZ31镁合金异步轧制过程的有限元模拟所需要的模型，并在前处理中对材料、边界条件、接触等相关性能参数进行了更加详细的设置。再对模拟结果进行后处理分析，检验镁合金模拟过程是否符合实际生产过程，试图找到最优化的工艺参数和工艺方法。文中着重探讨了在不同压下率的条件下，异步轧制过后等效应力场、等效应变场在宽度方向和厚度方向上的变化规律以及镁合金缺损分布的变化情况。最终得出了等效应变随压下率的增加而变大等等一系列结论。就本次模拟而言，镁合金最佳压下率为60%。关键词AZ31镁合金；异步轧制；DEFORM；应力场；应变场
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 变形镁合金的研究发展与应用现状 2
1.2.1 变形镁合金的研究现状 2
1.2.2 变形镁合金的应用现状 3
1.2.3 对AZ31镁合金的展望 5
1.3 异步轧制技术的研究现状与发展 5
1.4 有限元模拟技术的研究进展 7
1.5 本文的主要研究内容 8
第二章 镁合金板材异步轧制过程的数值模拟 9
2.1 模拟软件的选择 9
2.2 模拟流程 9
2.3 有限元模型的建立 10
2.3.1 几何模型的建立 10
2.3.2 网格划分 11
2.3.3 定义材料 12
2.3.4 定义工具 14
2.3.5 定义接触条件 15
第三章 镁合金板材异步轧制过程模拟结果与分析 18
3.1 异步轧制过程应变场分析 18
3.1.1 沿宽度方向上的应变场分析 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.1.2 沿厚度方向上的应变场分析 19
3.2 异步轧制过程应力场分析 21
3.2.1 沿宽度方向上应力场分析 21
3.2.2 沿厚度方向上的应力场分析 22
3.3 异步轧制过程缺损的分析 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 研究背景
镁及镁合金是目前工程领域中已投入使用的最轻的金属材料[1]，它的发展前景十分光明。众人皆知，我们社会想要不断发展就必须处理好能源、资源和环保等等许多问题。现如今常用金属铝和钢的矿藏量日趋减少，而镁合金作为矿藏量第三高的常用金属自然会引发我们的密切关注。
镁合金作为当今最有发展前景的轻质化结构材料具有很多优点，其中主要包括高的比刚度和比强度、较好的传热性和导电性、极佳的铸锻加工性和阻尼减振性。而且纯镁的密度只有钢的25%、钛的40%、铝的67%。现如今的汽车制造、航空航天、武器装备等领域所大量使用的合金钢和铝合金如果能够被镁合金所替代，那么不但可以达到轻质化的目的，而且符合当今世界环保节能的要求。镁合金因此又被誉为“21世纪的绿色工程材料”[1]。
我国镁资源储量位居世界首位，尤其是在柴达木盆地和青海盐湖地区发现有大量的镁盐矿。凭借着自身蕴藏的这些丰富的镁矿产资源，我国已毫无争议的变成了目前世界上镁合金制造和原材出口的大国，其产量约占全球产量的30%，但只是镁合金大国而非镁合金强国。这是由于我国对镁合金的研发和使用程度远低于发达国家，因此加快镁合金的研究工作成为重中之重。目前世界各国都在加大对镁合金研究的投资力度，如果我们能够利用我国拥有丰富的资源和巨大的消费市场这两大优势，加速研发并改进镁合金在生产工艺和成形技术等不够成熟的地方，那么未来镁合金产品所引发的工业链价值以及巨大的经济成果将对缓解我们国家现阶段萎靡的传统产业具有相当大的帮助，从而加快我国的现代化建设。
镁合金制品长时间以来都主要是采用压铸或半固态注塑成型的方法进行制造，这类制品的用量据估计占据了镁合金总销量的4/5[2]。但是使用这些工艺制作的成形件经常会出现缺陷，产品的表面质量和力学性能相对较差，故而大大影响了镁合金的使用性能和规模。镁合金经过塑性变形（尤其是轧制）加工制造出来的制品不仅有很高的强度，还具有十分良好的延展性，这是铸造镁合金制品不可比拟的性能优势。20世纪60年代我国在洛阳铜厂和东北轻合金加工厂生产出来的变形镁合金锻件、型材和板材还可满足当时国防工作的需求。但是随着国防要求的提高，20世纪70年代以来，我国所需的大量高性能变形镁合金均需向国外购买。最近几年，俄罗斯已经禁止向我国直接出售镁合金板材。这就迫使我国红旗七号导弹外壳使用的镁合金材料必需通过第三方从俄罗斯采购。另外，装备于我国的大型攻击类潜艇的鱼雷动力电池所需要的镁合金阳极超薄板也需要向俄罗斯采办。这些现状大大牵制了我国海军装备轻量化和现代化的进程，毫不夸张的说，高性能变形镁合金的研发和制备能力已经开始成为一个国家科技与军事实力的重要体现。因此，利用好我国的镁工业基础，深入展开变形镁合金板材（尤其是薄板）的轧制工艺研究，不仅有着重要的工程应用价值，还可以有力的回击周边国家在海洋领域做出的恶劣挑衅。
1.2 变形镁合金的研究发展与应用现状
1.2.1 变形镁合金的研究现状
上世纪六十年代起，美国一家专门研究变形镁合金的权威公司——美国陶氏化工，对镁合金材料及镁合金的各种生产工艺开展了研发，得到了很多十分有利用价值的商业镁合金,其中包括MgZnZr系的ZK60和MgAlZn系的AZ31C或AZ31B[3]。尤其是添加了钇（Y）元素的ZK60，它的断裂韧性、强度可以等效于时效状况下的7075铝合金或者7475铝合金，目前已经被广泛使用。二十世纪末期，日本制定并实行了所谓的研究先进镁合金的国家科技战略，重点研究新的镁合金型号以及处于世界前沿的的镁合金生产工艺，最终成功研制出IM MgY系超高强度的变形镁合金以及镁合金冷成形的先进工艺。近期以色列又开发了一种用于航空航天飞行器上的变形镁合金，其力学性极其出色，而且具有极强的耐腐蚀性。工业强国英国则研制了一种新型的挤压镁合金并使用这种镁合金材料进行生产Magnox核反应堆燃料罐[4]。法国与俄罗斯则联手制造了鱼雷动力电池上所必需的变形镁合金阳极薄板[5]。
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 变形镁合金的研究发展与应用现状 2
1.2.1 变形镁合金的研究现状 2
1.2.2 变形镁合金的应用现状 3
1.2.3 对AZ31镁合金的展望 5
1.3 异步轧制技术的研究现状与发展 5
1.4 有限元模拟技术的研究进展 7
1.5 本文的主要研究内容 8
第二章 镁合金板材异步轧制过程的数值模拟 9
2.1 模拟软件的选择 9
2.2 模拟流程 9
2.3 有限元模型的建立 10
2.3.1 几何模型的建立 10
2.3.2 网格划分 11
2.3.3 定义材料 12
2.3.4 定义工具 14
2.3.5 定义接触条件 15
第三章 镁合金板材异步轧制过程模拟结果与分析 18
3.1 异步轧制过程应变场分析 18
3.1.1 沿宽度方向上的应变场分析 18 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
3.1.2 沿厚度方向上的应变场分析 19
3.2 异步轧制过程应力场分析 21
3.2.1 沿宽度方向上应力场分析 21
3.2.2 沿厚度方向上的应力场分析 22
3.3 异步轧制过程缺损的分析 24
结论 27
致谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 研究背景
镁及镁合金是目前工程领域中已投入使用的最轻的金属材料[1]，它的发展前景十分光明。众人皆知，我们社会想要不断发展就必须处理好能源、资源和环保等等许多问题。现如今常用金属铝和钢的矿藏量日趋减少，而镁合金作为矿藏量第三高的常用金属自然会引发我们的密切关注。
镁合金作为当今最有发展前景的轻质化结构材料具有很多优点，其中主要包括高的比刚度和比强度、较好的传热性和导电性、极佳的铸锻加工性和阻尼减振性。而且纯镁的密度只有钢的25%、钛的40%、铝的67%。现如今的汽车制造、航空航天、武器装备等领域所大量使用的合金钢和铝合金如果能够被镁合金所替代，那么不但可以达到轻质化的目的，而且符合当今世界环保节能的要求。镁合金因此又被誉为“21世纪的绿色工程材料”[1]。
我国镁资源储量位居世界首位，尤其是在柴达木盆地和青海盐湖地区发现有大量的镁盐矿。凭借着自身蕴藏的这些丰富的镁矿产资源，我国已毫无争议的变成了目前世界上镁合金制造和原材出口的大国，其产量约占全球产量的30%，但只是镁合金大国而非镁合金强国。这是由于我国对镁合金的研发和使用程度远低于发达国家，因此加快镁合金的研究工作成为重中之重。目前世界各国都在加大对镁合金研究的投资力度，如果我们能够利用我国拥有丰富的资源和巨大的消费市场这两大优势，加速研发并改进镁合金在生产工艺和成形技术等不够成熟的地方，那么未来镁合金产品所引发的工业链价值以及巨大的经济成果将对缓解我们国家现阶段萎靡的传统产业具有相当大的帮助，从而加快我国的现代化建设。
镁合金制品长时间以来都主要是采用压铸或半固态注塑成型的方法进行制造，这类制品的用量据估计占据了镁合金总销量的4/5[2]。但是使用这些工艺制作的成形件经常会出现缺陷，产品的表面质量和力学性能相对较差，故而大大影响了镁合金的使用性能和规模。镁合金经过塑性变形（尤其是轧制）加工制造出来的制品不仅有很高的强度，还具有十分良好的延展性，这是铸造镁合金制品不可比拟的性能优势。20世纪60年代我国在洛阳铜厂和东北轻合金加工厂生产出来的变形镁合金锻件、型材和板材还可满足当时国防工作的需求。但是随着国防要求的提高，20世纪70年代以来，我国所需的大量高性能变形镁合金均需向国外购买。最近几年，俄罗斯已经禁止向我国直接出售镁合金板材。这就迫使我国红旗七号导弹外壳使用的镁合金材料必需通过第三方从俄罗斯采购。另外，装备于我国的大型攻击类潜艇的鱼雷动力电池所需要的镁合金阳极超薄板也需要向俄罗斯采办。这些现状大大牵制了我国海军装备轻量化和现代化的进程，毫不夸张的说，高性能变形镁合金的研发和制备能力已经开始成为一个国家科技与军事实力的重要体现。因此，利用好我国的镁工业基础，深入展开变形镁合金板材（尤其是薄板）的轧制工艺研究，不仅有着重要的工程应用价值，还可以有力的回击周边国家在海洋领域做出的恶劣挑衅。
1.2 变形镁合金的研究发展与应用现状
1.2.1 变形镁合金的研究现状
上世纪六十年代起，美国一家专门研究变形镁合金的权威公司——美国陶氏化工，对镁合金材料及镁合金的各种生产工艺开展了研发，得到了很多十分有利用价值的商业镁合金,其中包括MgZnZr系的ZK60和MgAlZn系的AZ31C或AZ31B[3]。尤其是添加了钇（Y）元素的ZK60，它的断裂韧性、强度可以等效于时效状况下的7075铝合金或者7475铝合金，目前已经被广泛使用。二十世纪末期，日本制定并实行了所谓的研究先进镁合金的国家科技战略，重点研究新的镁合金型号以及处于世界前沿的的镁合金生产工艺，最终成功研制出IM MgY系超高强度的变形镁合金以及镁合金冷成形的先进工艺。近期以色列又开发了一种用于航空航天飞行器上的变形镁合金，其力学性极其出色，而且具有极强的耐腐蚀性。工业强国英国则研制了一种新型的挤压镁合金并使用这种镁合金材料进行生产Magnox核反应堆燃料罐[4]。法国与俄罗斯则联手制造了鱼雷动力电池上所必需的变形镁合金阳极薄板[5]。
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