鋁合金在熱軋過(guò)程中的流動(dòng)應(yīng)力行為的模擬

本論文提出一個(gè)能預(yù)測(cè)在熱軋條件下鋁合金的流動(dòng)應(yīng)力行為的數(shù)學(xué)模型。要做到預(yù)測(cè)必須確定在變形過(guò)程中一個(gè)用來(lái)評(píng)價(jià)流動(dòng)應(yīng)力的斷層模型和在非等溫及變化應(yīng)變率環(huán)境下一個(gè)用來(lái)獲得金屬變形行為的有限元分析。然后在提出模型的幫助下模擬熱連軋過(guò)程。為了檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，利用在不同溫度和不同應(yīng)變率下的熱壓縮試驗(yàn)來(lái)對(duì)一個(gè)鋁合金流動(dòng)應(yīng)力行為進(jìn)行研究，然后再在同樣的材料上進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)此模型進(jìn)行非恒溫?zé)彳堅(jiān)囼?yàn)后發(fā)現(xiàn)預(yù)期與試驗(yàn)結(jié)果非常吻合。
介紹
已證實(shí)在金屬或者合金的熱加工過(guò)程中會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶這些最重要的軟化過(guò)程以改變加工材料的流動(dòng)應(yīng)力。為了證實(shí)這個(gè)過(guò)程，已經(jīng)進(jìn)行了許多研究以評(píng)定工程材料在熱變形情況下的流動(dòng)應(yīng)力行為，也提出了很多模型。根據(jù)已經(jīng)公布的文獻(xiàn)，大多數(shù)研究者都在恒定溫度和恒定應(yīng)變率的條件下來(lái)考慮金屬的反應(yīng)，或者在不考慮材料在熱加工操作中的動(dòng)態(tài)恢復(fù)過(guò)程得出經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估計(jì)流動(dòng)應(yīng)力。
本論文的目的是在考慮到加工硬化和動(dòng)態(tài)恢復(fù)的情況下提供一個(gè)可以預(yù)測(cè)鋁合金在熱軋環(huán)境下的流動(dòng)應(yīng)力行為。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，使用了一個(gè)建立在斷層理論基礎(chǔ)上的模型以處理在熱加工過(guò)程中不斷變化的斷層密度，結(jié)合這一模型應(yīng)用了一個(gè)有限元分析來(lái)評(píng)定溫度和應(yīng)變率的變化并在熱加工參數(shù)、動(dòng)態(tài)恢復(fù)動(dòng)力學(xué)和金屬變形的流動(dòng)應(yīng)力間建立關(guān)系。要得到熱變形數(shù)據(jù)，比如在定態(tài)情況下對(duì)一鋁合金進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)并將試驗(yàn)結(jié)果作為模擬輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)行熱軋?jiān)囼?yàn)以檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果。預(yù)測(cè)軋制力和所測(cè)軋制力的比較可以證實(shí)模擬預(yù)測(cè)是否有效。
理論分析
在變形過(guò)程中流動(dòng)應(yīng)力的確定是模擬金屬變形過(guò)程的重要條件。可以通過(guò)確定斷層密度ρ來(lái)確定流動(dòng)應(yīng)力。當(dāng)動(dòng)態(tài)恢復(fù)是主要的軟化過(guò)程時(shí)廣泛應(yīng)用科克梅金模型（方程1）來(lái)確定斷層密度的變化。
dρ∕dε=k1ρ1∕2﹣k2ρ (1)
方程右端第一個(gè)字母與斷層熱儲(chǔ)有關(guān)，k1可以用2(θII／G)( αb)－1來(lái)表示，θII是應(yīng)力應(yīng)變曲線在第二階段的斜率。第二個(gè)字母與動(dòng)態(tài)恢復(fù)有關(guān)，k2代表動(dòng)態(tài)恢復(fù)率，同時(shí)也是溫度和應(yīng)變率的函數(shù)。應(yīng)用應(yīng)力與斷層密度間的經(jīng)典關(guān)系式
σ=σ0+αGbρ0.5 (2)
σ0是內(nèi)應(yīng)力（在金屬熱變形情況下可以忽略），α是材料恒量，b是在滑移方向原子間的距離，G是剪切模量。變形金屬在熱變形過(guò)程中的流動(dòng)應(yīng)力可以表示如下：
2dσ／dε=k1(αGb)－K2σ (3)