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基本信息

項(xiàng)目名稱：
7075鋁合金動態(tài)再結(jié)晶型軟化流變行為及穩(wěn)定變形參數(shù)識別
小類：
能源化工
簡介：
研究內(nèi)容之一：引入軟化因子改進(jìn)傳統(tǒng)Fields-Backofen模型；研究內(nèi)容之二：引入表征晶體動力學(xué)的修正的Avrami方程，全面表征動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)、溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變量之間的動態(tài)耦合作用；研究內(nèi)容之三：引入基于動態(tài)材料模型（DMM）的加工圖理論，有效界定出7075鋁合金的流變失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)；研究內(nèi)容之四：提出一種損傷敏感率的概念。
詳細(xì)介紹：
鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、易加工、資源豐富等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、建筑包裝等行業(yè)得到極其廣泛的應(yīng)用。在航空領(lǐng)域，具有較高比強(qiáng)度和比剛度的7XXX系列鋁合金是大鍛件的主材。實(shí)際生產(chǎn)中，在關(guān)注材料在鍛造過程中流動的同時，也注意到材料內(nèi)部的微觀組織也經(jīng)歷著一系列動態(tài)變化，而微觀組織的變化又影響著材料的流變行為。因此，正確理解不同變形條件下材料內(nèi)部微觀組織的演化規(guī)律是合理設(shè)計(jì)鍛造工藝的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)變形過程的有限元變形一傳熱一微觀組織演變耦合模擬的前提。研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)如下：采用熱物理模擬機(jī)對多組7075鋁合金試樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，溫度范圍為573～723K，應(yīng)變速率范圍為0.01～10s-1，實(shí)驗(yàn)中采集應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，壓縮后剖分試樣進(jìn)行微觀組織觀測。研究內(nèi)容之一：引入軟化因子改進(jìn)傳統(tǒng)Fields-Backofen模型，較精準(zhǔn)的描述7075鋁合金的流變行為；研究內(nèi)容之二：引入表征晶體動力學(xué)的修正的Avrami方程，設(shè)計(jì)一個無量綱的中間變數(shù) ，全面表征動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)、溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變量之間的動態(tài)耦合作用；研究內(nèi)容之三：引入基于動態(tài)材料模型（DMM）的加工圖理論，綜合利用應(yīng)變速率敏感指數(shù)、能量耗散率、失穩(wěn)判據(jù)三重指標(biāo)有效界定出7075鋁合金的流變失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)；研究內(nèi)容之四：提出一種損傷敏感率的概念，及實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬仿真相互佐證的途徑，繪制并分析所獲得的不同應(yīng)變速率及溫度條件下7075鋁合金材料的臨界損傷因子變化規(guī)律曲線。對7075鋁合金成形性進(jìn)行多重目標(biāo)評估及建立系列表征模型，為合理設(shè)計(jì)熱塑性成形工藝提供重要指導(dǎo)，為進(jìn)一步推廣實(shí)現(xiàn)變形過程的有限元變形-傳熱-微觀組織演變動態(tài)耦合模擬提供重要的材料數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

撰寫目的：精準(zhǔn)描述7075鋁合金的動態(tài)再結(jié)晶型軟化流變行為，系統(tǒng)的運(yùn)用應(yīng)變速率敏感性、能量耗散、流變失穩(wěn)、臨界損傷、動態(tài)再結(jié)晶等多重參量評價(jià)及表征該材料的熱塑性變形可成形性及宏微觀偶聯(lián)關(guān)系。 基本思路： 實(shí)驗(yàn)獲取材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，首先對軟化流變行為進(jìn)行表征，其次分別構(gòu)建評估成形性的多重參量，并識別出能夠最大程度內(nèi)挖掘材料變形潛力、確保變形內(nèi)外品質(zhì)的穩(wěn)健變形參數(shù)。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

在正確理解不同變形條件下7075鋁合金材料內(nèi)部微觀組織演化與流變行為演化的交互影響規(guī)律的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)的運(yùn)用應(yīng)變速率敏感性、能量耗散、流變失穩(wěn)、臨界損傷、動態(tài)再結(jié)晶等多重評價(jià)及表征7075鋁合金材料的可成形性及宏微觀偶聯(lián)關(guān)系。多目標(biāo)、多尺度的分析已經(jīng)成為更加科學(xué)描述及表征材料可成形性的一種趨勢，為合理設(shè)計(jì)熱塑性成形工藝提供重要指導(dǎo)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

1、有效界定出7075鋁合金的流變失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，識別的穩(wěn)定變形條件將有效保障合金的內(nèi)在成形品質(zhì)。 2、加有軟化因子的修正的Fields-Backofen流變應(yīng)力模型可使模擬過程與實(shí)際更為吻合。 3、基于損傷敏感率理論及實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬仿真相互佐證的途徑，能準(zhǔn)確確定裂紋產(chǎn)生的時刻。 4、本次研究對正確理解航空鍛造工藝與航空鍛件內(nèi)部質(zhì)量之間的關(guān)系具有重要指導(dǎo)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

在航空領(lǐng)域，7XXX系列鋁合金是大鍛件的主材。實(shí)際生產(chǎn)中，在關(guān)注材料在鍛造過程中流動的同時，也注意到材料內(nèi)部的微觀組織也經(jīng)歷著一系列動態(tài)變化，而微觀組織的變化又影響著材料的流變行為。因此，正確理解不同變形條件下材料內(nèi)部微觀組織的演化規(guī)律是合理設(shè)計(jì)鍛造工藝的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)變形過程的有限元變形一傳熱一微觀組織演變耦合模擬的前提。研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)如下：采用熱物理模擬機(jī)對多組7075鋁合金試樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，溫度范圍為573～723K，應(yīng)變速率范圍為0.01～10s-1。研究內(nèi)容之一：引入軟化因子改進(jìn)傳統(tǒng)Fields-Backofen模型，較精準(zhǔn)的描述7075鋁合金的流變行為；研究內(nèi)容之二：引入修正的Avrami方程，設(shè)計(jì)一個無量綱的中間變數(shù) ，全面表征動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)、溫度、應(yīng)變速率及應(yīng)變量之間的動態(tài)耦合作用；研究內(nèi)容之三：引入基于動態(tài)材料模型（DMM）的加工圖理論，有效界定出7075鋁合金的流變失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)；研究內(nèi)容之四：提出一種損傷敏感率的概念，及實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬仿真相互佐證的途徑，繪制并分析所獲得的不同應(yīng)變速率及溫度條件下7075鋁合金材料的臨界損傷因子變化規(guī)律曲線。

獲獎情況

與所研究7075鋁合金方向相關(guān)的論文： 1、《7075鋁合金熱塑性變形動態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)表征》，機(jī)械工程材料，已錄用； 2、《溫度及應(yīng)變速率對7075鋁合金臨界損傷因子的影響》，重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，已錄用； 3、《7075鋁合金熱壓縮動態(tài)軟化行為的唯象本構(gòu)模型》，機(jī)械工程材料，2010年34卷10期；

鑒定結(jié)果

本次課題的工作得到了指導(dǎo)老師的肯定與好評，課題中發(fā)表的論文及專利皆為真實(shí)。

參考文獻(xiàn)

1.【篇名】高性能7×75系鋁合金厚板加工技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)研究,【作者】林高用,【學(xué)位類型】博士,【授予單位】中南大學(xué),【導(dǎo)師】彭大暑,【年份】2006. 2.【篇名】7075鋁合金高溫流變行為的研究，【作者】楊立斌,張輝,彭大暑等，【作者單位】中南大學(xué),材料科學(xué)與工程系,湖南,長沙,410083，【出處】熱加工工藝,HOT WORKING TECHNOLOGY 2002, (1)【ISSN】1001-3814【頁碼】1-2,5 3. Dynamic softening behaviors of 7075 aluminum alloy Quan, Guo-Zheng1; Liu, Ke-Wei1; Zhou, Jie1; Chen, Bin2 Source: Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition), v 19, n SUPPL. 3, p s537-s541, December 2009; ISSN: 10036326; DOI: 10.1016/S1003-6326(10)60104-5; Publisher: Nonferrous Metals Society of China 4. Flow softening of 7075 aluminum alloy under hot compression Sakai, Taku1; Takahashi, Chiori1 Source: Materials Transactions, JIM, v 32, n 4, p 375-382, Apr 1991; ISSN: 09161821;Author affiliation: 1 Univ of Electro-Communications, Chofu, Japan.

同類課題研究水平概述

7075鋁合金屬于典型的Al-Zn-Mg-Cu系高強(qiáng)合金，具有優(yōu)良的綜合性能，是航空、航天領(lǐng)域廣泛使用的一種輕型結(jié)構(gòu)材料，直到今天，經(jīng)過長期多機(jī)種使用考驗(yàn)過的比較成熟的7075鋁合金仍將是大飛機(jī)上的主要結(jié)構(gòu)材料。本課題在正確理解不同變形條件下7075鋁合金材料內(nèi)部微觀組織演化與流變行為演化的交互影響規(guī)律的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)的運(yùn)用應(yīng)變速率敏感性、能量耗散、流變失穩(wěn)、臨界損傷、動態(tài)再結(jié)晶等多重評價(jià)及表征7075鋁合金材料的可成形性及宏微觀偶聯(lián)關(guān)系，這種將宏微觀兩個方面同時考慮，多目標(biāo)、多尺度的分析報(bào)道較少，但儼然將成為更加科學(xué)描述及表征材料可成形性的一種趨勢，為合理設(shè)計(jì)熱塑性成形工藝提供重要指導(dǎo)，進(jìn)一步為推廣實(shí)現(xiàn)變形過程的有限元變形-傳熱-微觀組織演變動態(tài)耦合模擬提供重要的材料數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 在國外，Taku Sakai等利用二次拉伸試驗(yàn)及金相試驗(yàn)研究了未發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶7075合金的熱成形性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：材料晶界滑移對細(xì)晶演化及超塑性有重要影響。在國內(nèi)，劉文娟等研究了7075鋁合金高溫等溫變形的流變應(yīng)力行為，研究結(jié)果表明7075鋁合金熱變形時，流變應(yīng)力曲線存在近穩(wěn)態(tài)流變現(xiàn)象，隨變形溫度的升高流變應(yīng)力降低，隨應(yīng)變速率的提高流變應(yīng)力增大。溫度對流變應(yīng)力的影響比應(yīng)變速率對流變應(yīng)力的影響更為顯著。合金的塑性可加工性有兩種：一是與相應(yīng)加工工藝下模具、摩擦、變形區(qū)大小等外部條件有關(guān)的應(yīng)力狀態(tài)可加工性；另一種是與相應(yīng)變形條件（溫度、應(yīng)變量、應(yīng)變速率）下材料的微觀組織動態(tài)演變有關(guān)的內(nèi)稟可加工性。自1984年起，Prasad、Gegel、Murty以及Kumar等提出并不斷改進(jìn)了基于動態(tài)材料模型（DMM）的加工圖理論，建立了可量化分析材料內(nèi)稟可加工性的有效途徑，至今該理論仍然被廣泛用于表征材料可成形性、優(yōu)化熱加工工藝參數(shù)、控制微觀組織等。采用DMM理論及其加工圖技術(shù)來解決實(shí)際熱加工問題， 以實(shí)現(xiàn)組織和性能的控制已在國外得到廣泛應(yīng)用。它既可以對傳統(tǒng)生產(chǎn)中已采用的加工過程進(jìn)行改進(jìn)和完善，又可以對新材料和新工藝的加工過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前國外在鋁合金、銅合金、鈦合金、鋅合金、鋯合金、鎂合金、鎳基合金和鋼等各種材料加工中的成功應(yīng)用案例很多。國內(nèi)對DMM 理論的研究較少，目前僅有一些應(yīng)用該理論對熱加工組織與性能進(jìn)行控制以及進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的報(bào)道。
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