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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)計熱塑性成形工藝提供重要指導(dǎo)。

應(yīng)用價值和現(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，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。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)計的報道。
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