隨著有限元模擬技術(shù)和損傷力學(xué)的不斷發(fā)展如何建立合適的熱變形開裂準(zhǔn)則和避免缺陷的產(chǎn)生已成為缺陷仿真迫切需要解決的難題。本文以熱變形極易開裂的Ti40阻燃合金為研究對(duì)象以各種室溫下適用的開裂準(zhǔn)則為基礎(chǔ)引入Zener-Hollomon因子對(duì)Ti40合金的變形機(jī)理及開裂行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下研究了Ti40合金高溫變形過程中變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響規(guī)律揭示了流動(dòng)軟化和不連續(xù)屈服現(xiàn)象的影響因素和機(jī)理發(fā)現(xiàn)不連續(xù)屈服現(xiàn)象與大量可動(dòng)位錯(cuò)從晶界突然增殖有關(guān)。揭示了Ti40合金的高溫變形機(jī)理。發(fā)現(xiàn)變形溫度低于950℃以動(dòng)態(tài)回復(fù)為主高于950℃發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形貌隨應(yīng)變速率的變化而變化應(yīng)變速率較高時(shí)(>1s<'-1>)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒呈項(xiàng)鏈狀沿原始β晶界分布沿晶界析出的Ti<,5>Si<,3>顆粒是再結(jié)晶晶粒的核心應(yīng)變速率較低時(shí)(<0.1s<'-1>)發(fā)生了鋸齒狀的連續(xù)再結(jié)晶。
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亞晶形核是其形核的主要機(jī)制。研究了Ti40合金的開裂機(jī)理。發(fā)現(xiàn)低溫、高應(yīng)變速率下變形以45°剪切開裂為主溫度較高時(shí)以平行于壓縮軸方向的縱裂和豆腐渣式開裂為主。V<,2>O<,5>揮發(fā)導(dǎo)致接近表面的晶界產(chǎn)生空洞是合金熱變形開裂的誘因。揭示了Ti40阻燃合金熱變形開裂的臨界變形量與變形溫度和應(yīng)變速率的關(guān)系。結(jié)果表明變形溫度越高應(yīng)變速率越低材料的臨界變形量越大。發(fā)現(xiàn)變形溫度和應(yīng)變速率的綜合作用可用單變量Zener-Hollomon因子來表示且開裂的臨界變形量與lnZ呈線性關(guān)系從而大大減少試驗(yàn)次數(shù)?；贒EFORM3D有限元平臺(tái)建立了Ti40合金等溫?zé)釅嚎s過程的有限元分析模型并對(duì)6種典型的室溫韌性開裂準(zhǔn)則進(jìn)行了分析比較。發(fā)現(xiàn)基于空洞長大聚合的Oyane模型可適用于Ti40阻燃合金高溫變形。發(fā)現(xiàn)Oyane準(zhǔn)則的臨界開裂C<,f>值與ImZ值也符合線性關(guān)系從而建立了基于Zener-Hollomon因子的Ti40合金熱變形開裂準(zhǔn)則并獲得了驗(yàn)證本文采用熔鑄法制備了不同成分的鎂合金用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀和萬能拉伸機(jī)等現(xiàn)代分析手段研究了鎂合金顯微組織與力學(xué)性能間的關(guān)系和強(qiáng)化機(jī)制以及鎂合金的高溫氧化燃燒行為。在AZ91D鎂合金中加入適量銻可使其組織細(xì)化網(wǎng)狀的Mg17Al12相也細(xì)化成短條狀同時(shí)生成新的強(qiáng)化相Mg3Sb2可使AZ91D鎂合金強(qiáng)度提高44MPa。但當(dāng)銻含量超過0.7時(shí)Mg3Sb2相逐漸轉(zhuǎn)化為粗針狀導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度下降。在稀土阻燃鎂合金中隨著稀土含量的增加生成的條狀鋁-稀土相逐漸增加使強(qiáng)度迅速下降。通過在稀土阻燃鎂合金中加入一定量的銻減少了條狀A(yù)l11RE3相的量同時(shí)生成顆粒狀的銻-稀土相使稀土阻燃鎂合金的強(qiáng)度得到提高。鎂合金高溫氧化破壞形式有兩種點(diǎn)狀破壞和晶界破壞。高溫下晶界上低熔點(diǎn)第二相的熔化是引起晶界破壞的主要因素。稀土阻燃鎂合金的抗高溫氧化燃燒能力比鑄態(tài)AZ91D鎂合金要強(qiáng)它的燃點(diǎn)比鑄態(tài)AZ91D鎂合金高約70℃。分析認(rèn)為稀土元素在阻燃鎂合金高溫氧化不同溫度階段所發(fā)揮的作用不同。
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