基于多晶体弹塑性本构模型的镁合金板材成形极限研究

成形极限是板材成形性能的重要判据，成形极限的预测取决于准确的本构模型。镁合金板材的宏观力学性能依赖于自身的密排六方晶体结构，其成形性能与滑移、孪生微观变形机制以及织构特性密切相关。本项目以AZ31板材为对象，基于晶体塑性理论和镁合金变形机理分析，研究晶体滑移、孪生及其相互作用的表征和多晶体均匀化方法，建立有限变形条件下镁合金板材密排六方多晶体弹塑性自洽本构模型，导入有限元模型，模拟成形过程与微观织构演化；将所建立弹塑性自洽本构模型与M－K损伤失稳模型相结合，建立基于织构演化的镁合金板材成形极限计算方法；研究镁合金板材在线性与非线性应变路径下的成形极限，揭示初始缺陷、硬化系数、率敏感系数、初始织构以及预应变诱导织构等对镁板成形极限的影响规律。本项目研究旨在发展镁板成形理论与密排六方晶体塑性建模方法，为镁板成形技术的开发和应用提供理论支持。

镁合金作为重要的轻量化材料，受到世界各国高度重视。与钢、铝等其它常用金属相比，对于镁合金塑性成形理论方面的基础研究还相对滞后，成为阻碍镁板成形应用的瓶颈之一。多晶体塑性力学以材料微观结构信息为出发点，通过多尺度建模与计算，建立微观结构–宏观性能之间的对应关系。以晶体塑性理论为基础，研究滑移、孪生等机制对镁合金变形及织构演化的作用规律，探索镁合金塑性变形的机理，是国际塑性加工领域的一个热点。.本项目主要研究内容和结果如下：.开展AZ31B板材在100～300C温度范围内，不同方向、应变率下的单向拉伸及压缩试验，分析了应力应变曲线、r值、微观组织随应变的演化规律。单向拉伸时，r值在低温下随应变增加而逐渐增大；在200/300C面内单向压缩时，首次观察到r值演化规律与100/150C时显著不同：随应变增加而逐渐减小；在200C沿轧制方向压缩时，观察到特殊的板条状组织。.通过多晶体塑性计算，从变形机制角度解释了试验中r值、织构及微观组织的演化规律。在200C下RD压缩中，柱面<a>滑移与基面<a>滑移开动率之比随应变增加而逐渐减小，导致r值的异常演化；与RD拉伸及ND压缩相比，RD压缩中由于较大的旋转‘空间’导致了在沿加载方向取向差高演化速率，从而生成特殊板条状组织。.开展AZ31B板材的单向拉伸、准平面应变及等轴双拉三种预应变实验及刚模胀形试验。AZ31B板材的成形性能随温度的升高而改善，随凸模速度增大而减弱。在150C时，单向拉伸下极限应变与平面应变间存在巨大的差异，而随着变形温度的升高此差异由于锥面<c+a>滑移开动的增强而减小；单向拉伸及平面应变预应变会改善成形性能，等轴双拉会降低成形性能，与室温下铝合金预应变后成形极限结果相比，在200C预应变对成形性能的影响并不显著，而在300C，由于温升及保温过程中的退火，使得预应变效果消失。建立耦合晶体塑性理论与M-K沟槽理论的成形极限计算方法，计算镁合金在不同条件下的成形极限。.本项目研究系统地研究了镁合金板材温热条件下的变形行为，首次发现并解释了镁合金板材r值变化的新规律和板条状组织的形成；开发了镁合金板材预应变实验方法，建立了多晶体塑性模型、M-K损伤模型耦合的成形极限计算方法。本项目的研究结果对于揭示镁合金板材微观变形机理、发展其塑性变形理论做出了较重要的贡献。