[發明專利]鋁合金熱變形行為和成形后屈服強度的預測方法

有效

• 申請號: 202011528628.0
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112733330B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 華林;胡志力;魏鵬飛
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;C22F1/00;C22F1/04;G06F119/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 朱宏偉

本發明涉及一種鋁合金熱變形行為和成形后屈服強度的預測方法，包括以下步驟：S1、通過拉伸數據來求解鋁合金的本構模型；S2、將工程應力?應變曲線轉化為真實應力?應變曲線；S3、建立鋁合金的統一粘塑性本構模型，以得到鋁合金在變形過程中的位錯密度、硬化以及晶粒尺寸與粘塑性流動行為之間的關系；S4、將變形后的鋁合金進行DSC分析；S5、將變形后的鋁合金進行XRD分析；S6、根據上述的計算結果，得到元素濃度、析出相體積分數以及析出相尺寸；S7、建立屈服強度預測模型；S8、求得模型參數。本發明所涉及到的計算分析過程簡單，參數少，便于推廣應用，并且模型精度較高，能通過鋁合金熱沖壓實驗進行驗證。

技術領域

本發明涉及鋁合金加工成形領域，更具體地說，涉及一種鋁合金熱變形行為和成形后屈服強度的預測方法。

背景技術

隨著對節能減排的迫切需求，輕量化已經成為當今汽車產業不可逆轉的趨勢，作為一種重要的高強輕質材料，鋁合金憑借其較高的比強度和回收利用率等優點在汽車產業中得到了越來越廣泛的應用。然而，鋁合金在室溫下較差的成形性限制了它在汽車產業中的應用。為了克服這一問題，一種新的熱沖壓工藝，熱成形-淬火一體化工藝(HFQ)被提出。該工藝過程中，鋁合金板材進行固溶處理以獲得延展性好的微觀組織。然后轉移至水冷模具進行快速沖壓成形，并且保持在水冷模具中進行保壓淬火至室溫。對可熱處理鋁合金，通常需要增加后續的時效處理來提高零件的強度。根據該成形工藝，成形與淬火過程在同一工序中進行，大大提高了零件的尺寸精度。

對于鋁合金熱沖壓成形，雖然實驗可以確定變形條件和時效制度與材料的力學特性和力學性能之間的關系，但如果變形條件或者時效制度發生變化，則需要反復測量，導致工作量大，效率低，還增加了生產成本，延長了生產周期。因此，對可熱處理的鋁合金合金的變形行為和屈服強度進行建模尤其重要，因為它可以優化制造工藝并廣泛應用于這些高強度鋁合金。然而，由于這些合金的化學成分、塑性變形和后熱處理等多參數的依賴性，其變形行為和強度預測相當復雜。此外，變形行為包括屈服準則、硬化模型和流動法則在內的本構模型，整體強度還包括固溶強化、位錯強化和析出強化等個別強化效應的疊加。

對于鋁合金的屈服強度，時效強化是其最主要的強化方式。因此，大多數工作集中在時效強化模型的建立。Kampmann和Wagner首先完成了微觀結構演化的建模。該數值方法通過在時域內將相同的顆粒劃分為不同的粒徑等級，能夠捕捉到析出相的形核長大粗化現象和粒徑分布。后來，Shercliff和Ashby提出了一個強度模型，該模型將內部狀態變量(如溶質濃度、沉淀體積分數和沉淀半徑)關聯起來，以模擬人工時效過程中鋁合金屈服強度的演變。上述模型可以方便地模擬純淬火的過飽和固溶體、時效(非變形)或冷變形材料在人工時效過程中的強度演化。然而，目前已發表的模型無法直接用于預測快速加熱和熱/溫沖壓等復雜工藝制造的工件的后成型強度。鋁合金在熱成形和淬火過程中產生的位錯嚴重影響鋁合金的流動行為和力學性能，這就要求建立一種新的模擬方案。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，提供一種計算簡便、模型精度高的鋁合金熱變形行為和成形后屈服強度的預測方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種鋁合金熱變形行為和成形后屈服強度的預測方法，包括以下步驟：

S1、通過拉伸數據來求解鋁合金的本構模型；

S2、將工程應力-應變曲線轉化為真實應力-應變曲線；

S3、基于粘塑性理論和計算得到的屈服準則、硬化模型，建立鋁合金的統一粘塑性本構模型，以得到鋁合金在變形過程中的位錯密度、硬化以及晶粒尺寸與粘塑性流動行為之間的關系；

S4、將變形后的鋁合金進行DSC分析，計算其析出相的析出動力學參數；

S5、將變形后的鋁合金進行XRD分析，計算基體中的平均位錯密度；

S6、根據上述的計算結果，得到元素濃度、析出相體積分數以及析出相尺寸；