铝硅合金轧制缺陷机理数值研究

【摘要】铝硅合金是以硅为主要合金元素的铝合金材料，由于该系合金材料含硅量较高，具有熔点低，熔体流动性能好，通过轧制生产成箔材，主要用来制造铝合金焊接的添加材料和包覆层材料。但是加入硅以后，材料的抗拉强度和延伸率明显下降，尤其在轧制生产中，极易产生裂边、断带等缺陷。由于轧制生产的复杂性，现场实验只能通过测量的方式得到变形量、轧制力和轧制温度等参数，对与材料性能密切相关的轧制过程中硅晶粒周围的等效应力、等效应变等参数是无法利用实验的方法得到。因此，本文基于DEFORM有限元分析软件跟踪分析轧制过程，建立了含有不同晶粒形状、不同晶粒尺寸、预设裂纹以及John-Cook损伤模型的有限元模型，通过对轧制过程中晶粒周围等效应力、等效应变等参数进行分析研究，得到硅晶粒形状、尺寸对板带性能的影响规律。最后，利用试验的方法对模拟结果进行验证。本研究将对实际生产有一定指导意义和参考价值。主要研究工作如下：1.建模过程中，选用粘结条件确定了增强体颗粒和铝基体间接触关系，在以往学者很少对含有增强体颗粒的板带进行有限元分析的前提下，解决了建模过程中遇到的难点。2.对含有球形和板片状硅晶粒板带模拟结果进行了分析，模拟结果表明：由于硅晶粒变形抗力大于铝基体，使晶粒周围有铝基体堆积，产生应力集中现象，板片状硅晶粒相对球状硅晶粒对铝基体有明显的割裂作用。3.对含有晶粒破碎产生裂纹的有限元模型进行了分析，结果表明：晶粒破碎，裂纹处等效应力值明显大于其他区域，需要在每道次轧制后，通过回火、退火等热处理工艺使晶粒进行动态回复和动态再结晶，改善晶粒形状，减少裂纹继续扩展的可能性。4.建立了基于John-Cook损伤模型的轧制过程的有限元模型，利用有限元方法对轧制过程中裂边现象进行了模拟。5.通过轧制试验、拉伸试验及扫描电镜实验，验证了模拟结果的正确性。
【作者】张朝军；
【导师】赵彦玲；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，机械设计及理论，2012，硕士
【关键词】铝硅合金；轧制缺陷；数值模拟；预设裂纹；John-Cook模型；

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