本书以材料学、塑性力学等为理论基础，开展镁合金管材挤压剪切技术的基础研究，构建成形参数-织构-成形质量（组织、强韧性等）之间的关联关系，揭示管材挤压剪切成形最佳的模具参数范围，期望找到一种提高镁管性能的新工艺，弥补现有正挤压成形镁管的不足，促进管材加工过程的成形质量和成本的完美结合，形成一系列具有国际先进水平的镁管挤压剪切成形理论与技术体系及具有自主知识产权的研究成果，因而本研究具有重要的科学意义和工程应用前景。本书对高性能镁合金的薄壁管材挤压-剪切、挤压-剪切-扩径成形、挤压-剪切-弯曲成形等工艺的原理、理论、应用进行了详细阐述。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 镁合金成形的研究最新进展 1
1.3 变形镁合金晶粒细化技术 4
1.4 镁合金挤压工艺 6
1.4.1 普通挤压工艺 6
1.4.2 等径角挤压工艺 7
1.4.3 往复挤压工艺 10
1.4.4 高压扭转工艺 10
1.5 传统镁合金管材成形技术 13
1.6 新型变形方法在镁合金管材中的应用 14
1.7 有限元法简介 21
1.7.1 DEFORM-3D有限元软件 21
1.7.2 元胞自动机 22
1.8 小结 23
第2章 镁合金管材挤压剪切成形过程实验及方法 24
2.1 镁合金管材挤压剪切成形过程数值模拟 24
2.1.1 数值模拟研究的目的 24
2.1.2 物理模型的建立 24
2.2 镁合金管材挤压剪切成形实验 25
2.2.1 实验目的 25
2.2.2 实验方法 25
2.3 金相实验 26
2.3.1 实验目的 26
2.3.2 实验步骤 26
2.3.3 腐蚀液的配制 26
2.4 晶粒尺寸测量 26
2.5 硬度试验 27
2.5.1 实验目的 27
2.5.2 实验原理及方法 27
2.6 电子背散射衍射实验 28
2.6.1 实验目的 28
2.6.2 实验步骤 28
2.7 小结 28
第3章 AZ31镁合金管材挤压剪切成形模具设计及数值模拟 30
3.1 管材成形方法分析及选择 30
3.2 模具的设计 30
3.2.1 挤压筒的设计 30
3.2.2 挤压杆的设计 32
3.2.3 挤压针的设计 33
3.3 挤压工艺 33
3.3.1 坯料尺寸的选择 33
3.3.2 挤压比的选择 34
3.4 DEFORM-3D数值分析 35
3.5 小结 36
第4章 基于整体模具的挤压剪切成形管材组织演化及数值模拟 37
4.1 有限元数值模拟 38
4.2 挤压力演变 38
4.2.1 镁合金管材挤压剪切成形过程挤压力变化特点 38
4.2.2 不同温度下镁合金管材挤压剪切成形载荷变化情况 40
4.2.3 不同速度下镁合金管材挤压剪切成形过程载荷变化情况 41
4.2.4 摩擦因子对成形结果的影响 42
4.3 不同温度对等效应力的影响 43
4.4 镁合金管材挤压剪切成形过程速度场变化 43
4.4.1 镁合金管材挤压剪切成形过程不同区域管坯的流动速度 43
4.4.2 不同摩擦因子对管坯流动速度的影响 45
4.4.3 不同挤压温度对管坯流动速度的影响 46
4.5 镁合金管材挤压剪切成形过程中的等效应变 46
4.6 破坏分析 48
4.7 普通挤压与挤压剪切成形实验及数值模拟 48
4.7.1 TES挤压与普通挤压的挤压力比较 49
4.7.2 镁合金管材挤压剪切成形与普通挤压管坯应力状态的比较 49
4.7.3 挤压剪切与普通挤压管材的微观组织 50
4.7.4 挤压剪切成形与普通挤压管材的硬度测试 53
4.7.5 TES挤压与普通挤压的EBSD分析 54
4.8 小结 58
第5章 基于组合模具的挤压剪切成形管材组织演化及数值模拟 59
5.1 CA微观模型 59
5.2 基于组合模具的管材挤压剪切实验及数值模拟 61
5.2.1 管材挤压剪切实验 62
5.2.2 组合模具数值模拟及分析 63
5.3 基于挤压剪切成形过程中的形核机制 67
5.4 挤压剪切过程动态再结晶机制 68
5.5 CA模拟分析 69
5.6 400℃微观组织演变及宏微观数值分析 74
5.7 小结 77
第6章 镁合金管材挤压-剪切-扩径成形工艺实验及检测实验 78
6.1 有限元模拟 78
6.1.1 有限元模型的建立 78
6.1.2 模拟方案及模拟参数的设定 79
6.2 TESE工艺成形实验 80
6.2.1 实验方案 80
6.2.2 实验材料 81
6.2.3 实验设备 81
6.3 力学性能测试 82
6.3.1 拉伸实验 82
6.3.2 硬度实验 82
6.3.3 拉伸断口观察 83
6.4 微观组织结构测试 83
6.4.1 金相组织观察 83
6.4.2 宏观织构测试 84
6.4.3 电子背散射衍射实验 84
6.5 小结 85
第7章 镁合金管材挤压-剪切-扩径成形过程 86
7.1 TESE成形过程研究 86
7.1.1 TESE成形过程中的网格变化 86
7.1.2 成形过程中的载荷变化 86
7.1.3 成形过程中的温度场分布 87
7.1.4 成形过程中的应变场分布 88
7.1.5 成形过程中的速度场分布 89
7.2 成形温度对TESE工艺的影响 90
7.2.1 温度对成形载荷的影响 90
7.2.2 温度对等效应力的影响 91
7.3 成形速度对TESE工艺的影响 92
7.3.1 速度对成形载荷的影响 92
7.3.2 速度对温度场分布的影响 92
7.4 扩径比对TESE工艺的影响 94
7.4.1 不同扩径比下的金属流动 94
7.4.2 不同扩径比下的损伤值分布 95
7.5 剪切角对TESE工艺的影响 95
7.6 摩擦系数对TESE工艺的影响 96
7.7 小结 97
第8章 挤压-剪切-扩径成形镁合金薄壁管的显微结构与力学性能 98
8.1 不同工艺下成形管材的微观组织及力学性能分析 98
8.1.1 显微组织 98
8.1.2 拉伸性能 99
8.1.3 拉伸断口特征 100
8.1.4 显微硬度 101
8.1.5 宏观织构 101
8.1.6 再结晶分布情况 102
8.1.7 Schmid因子分布 103
8.1.8 微区晶粒取向 104
8.2 TESE工艺成形过程中的微观组织演变分析 105
8.2.1 显微组织演变 105
8.2.2 硬度分布 106
8.2.3 微区晶粒取向演变 107
8.2.4 再结晶分布 109
8.2.5 Schmid因子变化 110
8.2.6 孪晶分布 110
8.3 小结 112
第9章 工艺参数对挤压-剪切-扩径成形的影响 113
9.1 剪切角对TESE工艺成形性的影响 113
9.1.1 不同剪切角下成形管材的微观组织 113
9.1.2 不同剪切角下的拉伸性能 114
9.1.3 不同剪切角下的硬度分布 114
9.1.4 不同剪切角下的拉伸断口 115
9.1.5 不同剪切角下的极图分析 116
9.1.6 不同剪切角下的Schmid因子变化 117
9.2 温度对TESE工艺成形性的影响 118
9.2.1 不同温度下成形管材微区取向演变 118
9.2.2 不同温度下成形管材Schmid因子变化 120
9.2.3 不同温度下成形管材再结晶分布 121
9.2.4 不同温度下成形管材硬度分布 122
9.3 小结 123
第10章 镁合金管材挤压-剪切-弯曲成形实验 124
10.1 数值模拟 125
10.1.1 实验目的 125
10.1.2 材料模型 125
10.2 TESB工艺挤压实验 126
10.2.1 实验目的 126
10.2.2 实验方法 126
10.3 金相实验 128
10.3.1 实验目的 128
10.3.2 实验步骤 128
10.4 EBSD实验 129
10.5 小结 130
第11章 镁合金薄壁管材挤压-剪切-弯曲成形工艺及模具设计 131
11.1 管材TESB成形工艺 131
11.1.1 TESB成形工艺介绍 131
11.1.2 CVCES挤压镁合金成形工艺介绍 133
11.2 模具设计 134
11.2.1 凹模的设计 134
11.2.2 挤压杆的设计 135
11.2.3 挤压针的设计 136
11.3 管材挤压工艺流程 137
11.4 坯料尺寸的选择 137
11.5 挤压比的选择 138
11.6 小结 138
第12章 管材挤压-连续剪切弯曲成形过程数值模拟及组织演变 140
12.1 有限元模型的建立 140
12.2 TESB挤压工艺有限元模拟结果分析 141
12.2.1 TESB变形过程中的温度场变化 141
12.2.2 TESB变形过程中温度对载荷的影响 142
12.2.3 温度对等效应力的影响 143
12.2.4 挤压速度对温度场的影响 144
12.2.5 摩擦因子对温度场的影响 146
12.2.6 摩擦因子对等效应力的影响 146
12.2.7 TESB挤压变形过程等效应变分布 147
12.3 微观组织演变 148
12.4 EBSD分析 150
12.4.1 极图 150
12.4.2 Schmid因子 151
12.4.3 孪晶分布 152
12.4.4 再结晶现象 153
12.5 显微硬度测试 155
12.6 小结 156
第13章 镁合金管材连续挤压-变通道剪切过程数值模拟及组织演变 157
13.1 有限元模型的建立 157
13.2 CVCES挤压工艺有限元模拟结果分析 158
13.2.1 等效应力分布特点 158
13.2.2 CVCES变形过程中温度对载荷的影响 159
13.2.3 CVCES挤压变形过程等效应变分布 159
13.3 微观组织演变 160
13.4 EBSD分析 161
13.4.1 极图 162
13.4.2 Schmid因子 162
13.4.3 孪晶分布 162
13.4.4 再结晶现象 164
13.5 显微硬度测试 167
13.6 小结 167
参考文献 169
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