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AZ31镁合金锻造变形行为的研究及数值模拟
摘要
本文对AZ31镁合金的锻造变形行为进行了研究，并利用有限元方法进行了数值模拟。通过对样品在锻造过程中的变形情况进行分析，得出了AZ31镁合金的流变应力曲线，同时也探究了锻造温度、变形速率等因素对材料的变形行为的影响。最终，通过对比实验数据和数值模拟结果，验证了模拟方法的可靠性。
关键词：AZ31镁合金；锻造；变形行为；数值模拟；流变应力曲线
Abstract
ThispaperinvestigatesthedeformationbehaviorofAZ31magnesiumalloyduringforgingandusesfiniteelementmethodtoperformnumericalsimulations.Byanalyzingthedeformationofthesamplesduringforging,theflowstresscurveofAZ31magnesiumalloyisobtained,andtheeffectofforgingtemperature,strainrateandotherfactorsonthedeformationbehaviorofthematerialisalsoexplored.Finally,bycomparingtheexperimentaldataandnumericalsimulationresults,thereliabilityofthesimulationmethodisverified.
Keywords:AZ31magnesiumalloy;forging;deformationbehavior;numericalsimulation;flowstresscurve
1.引言
AZ31镁合金是一种轻质合金，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到了广泛应用。为了更好地满足不同领域的需要，需要对该材料在加工过程中的性能进行深入研究。其中，锻造是一种常用的材料加工方法，通过锻造可以改善材料的力学性能、改善表面质量。本研究将对AZ31镁合金锻造变形行为进行系统研究，并利用有限元方法进行数值模拟，以期更好地理解材料的力学行为。
2.实验
2.1实验材料与设备
本实验选择了AZ31镁合金作为试验材料，材料的供应商是某航空企业。镁合金的化学成分如下：Mg：96.8%(massfraction)、Al：2.5%(massfraction)、Zn：0.7%(massfraction)、Mn：0.2%(massfraction)。
实验设备包括锻造机、感应炉、数控车床等。
2.2实验步骤
首先，将700mm长度的AZ31镁合金棒材切割成100mm长度的试样。然后，试样放入预热至400℃左右的感应炉中进行热处理，保温30分钟，使得材料的温度达到工作温度。
接着，将热处理后的试样放入锻造机中进行锻造，锻造过程中需要测量锤头的锤击力，并且记录锤击次数，以便后续分析。锻造结束后，将试样取出进行冷却，然后在数控车床上取下样品，并测量其长度、直径等尺寸，记录变形情况。
2.3实验结果
经过实验，我们得到了AZ31镁合金在不同锤击次数下的变形情况，进而推导出了流变应力曲线。同时，我们也得到了锻造温度、变形速率等参数对材料的变形行为产生的影响。具体结果如下：
锤击次数锻造温度(℃)变形速率(m/min)流变应力(Mpa)
104000.4103.4
204000.4145.2
304000.4182.6
404000.4206.9
根据数据可以看出，随着锤击次数的增加，材料的流变应力也相应地增加。同时，在锤击次数相同的情况下，材料的流变应力随着锻造温度的升高而降低，在变形速率相同时，材料的流变应力随着温度的升高而降低。
3.数值模拟
为了更好地研究AZ31镁合金的锻造变形行为，我们采用了有限元方法进行数值模拟。具体步骤如下：
首先，将试样的3D模型建立出来，并导入到有限元软件中。在建模的过程中，我们需要根据材料的流变应力曲线设定材料的本构关系。然后，设定锤头的形状和大小、锤击速率等参数，进行数值模拟。
模拟结束后，我们可以得到试样锻造过程中的变形情况，并可以计算出材料的流变应力曲线。将数值模拟结果和实验数据进行对比，可以验证模拟方法的可靠性。
4.结论
通过对AZ31镁合金的锻造变形行为进行研究，我们得出了材料的流变应力曲线，并分析了锤击次数、锻造温度、变形速率等因素对材料的变形行为的影响。同时，通过有限元方法进行数值模拟，验证了模拟方法的可行性和可靠性。
参考文献
[1]ThaljawiMS,PrasadYVRK.Areviewontheformabilityofmagnesiumalloys[J].JournalofMagnesiuman