多晶体材料塑性变形过程中织构演变的有限元模拟.pdf

分类号—TG—386 UDC 密级编号浙江大学博士后研究工作报告林艳工作完成日期: 2QQ5生里且提交报告日期:2QQ§生里目浙江大学(浙江) 2005年1 0月多晶体材料塑性变形过程中织构演变的有限元模拟摘要随着先进制造技术的飞速发展,在确保产品形状、尺寸精度的同时,更加注重产品的内部质量。金属塑性成形过程已不仅要满足产品形状的基本要求,更重要的是通过材料塑性变形提高产品的综合机械性能。金属材料大多是晶粒的集合体,印多晶体。经过变形的多晶体材料中各个单晶体的取向并不是随意分布的, 它的晶粒一般有择优取向,即材料的织构。材料织构的存在使得材料的机械性能呈各向异性。在成形过程中,多晶体材料的宏观塑性变形行为与材料的织构是交互影响的。在金属成形过程中发生的材料织构演变,不仅对变形过程本身产生作用,而且在很大程度上直接决定了产品的宏观力学性能。因而,定量研究金属成形过程中织构的演变过程具有重要的理论意义和实用价值。对于复杂的成形过程,将有限元方法与多晶体塑性模型相结合是有效预测多晶体材料塑性变形过程中织构演变的数值方法:它可以分析材料织构与材料变形历史之间的交互作用。本文采用Taylor多晶体模型作为材料的本构模型与有限元模拟系统耦合;该系统可预测晶体为立方结构的纯金属材料、晶体结构对称性较低的纯会属和合金材料成形过程后的织构及上述材料初始织构对成形件尺寸精度的影响。为验证模拟系统预测结果的可靠性,本文对初始织构为均匀分布的OFHc纯铜材料在单向拉伸、单向压缩、,并与试验结果进行了比较,得出了以下结论: (1)预测结果与试验结果比较吻合,说明预测结果可靠; (2)经过单向压缩和单向拉伸变形后,材料的织构为轴对称,其对称轴与试样的压缩/拉伸方向平行;拉伸变形后的织构分布主要集中于C1 1)和(0 01)方向;而试样单向压缩变形后的织构分布则集中于(22)、(0 1817)和(0 9 7)方向;由于Taylor模型要求每个晶体的变形与多晶体的宏观变形相等,使得晶体受到过多约束,因此模拟结果获得的{1 0}晶面的极图分布在中心存在孔,而试验结果中没有。(3)OFHC纯铜经过平面应变压缩变形后的织构分布与轧制织构分布相似;不考虑轧制方向的摩擦力,轧制过程可近似为平面应变压缩过程。(4)试样经过单向剪切变形后,织构分布为中心对称,且在变形较大时,在织构分布极图中可以看到明显的材料宏观转动。同时本文还对具有均匀织构分布和轧制织构分布的两类OFHC纯铜试样的单向压缩过程进行了分析,比较了不同压下量下试样的变形构形。具有均匀织构的试样在压缩过程中构形始终保持轴对称;而轧制织构的试样在垂直压缩轴的平面内变形不均匀,且该不均匀量随着压缩量的增加而加剧。两种试样经过变形形其织构分布均集中于(2 1)、(0 1817)和(0 97)方向;但初始织构为轧制织构分布的试样变形后其织构分布在(2 2)方向的密度较初始织构为均匀分布的试样高;而在其它两个方向,(0 1817)和(0 97)方向的密度低。关键字:多晶体:塑性;有限元:Taylor模型:VPSC模型 FEM Simulation ofEvolution ofTexture during Plastic Forming Processes ofPolycrystalline Material Abstract Plastic deformation can beemployed toimprove materialproperties offormed metalproducts besides tomakethem tomeet也eir oftheproducts isthus paid more attention together with theshape and dimension requirements is acluster ofcrystals,monly haspreferred orientation preferred orientation iscalled texture that leads to anisotropic mechanicalproperties plastic deformation processes, texture and deformation history interact:texture change results to thechange of material properties,which in tu