[发明专利]一种喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程及微观组织演变模型的建立方法

说明书

一种喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程及微观组织演变模型的建立方法，对材料进行测试，根据热变形过程中的位错密度与应变关系公式和泰勒公式推导出动态回复阶段的流动应力本构关系基本模型，将数据代入到公式中以得到各待定参数即lnZ的数值，步骤四根据ST对应力函数进行分段，得到最终的本构方程；本发明的有益效果为：将喷射成形高强铝合金7055的宏观流变行为与热变形过程中的硬化及软化物理机制相结合，根据微观组织实验分析确定了动态再结晶发生的临界热力学阈值，提出了新的描述材料复杂流变行为的模型，较好解决了该材料动态再结晶条件性发生、再结晶不完全的难题，为该材料的热变形过程流动变形及组织转变行为的预测及控制创造了条件。

技术领域

本发明涉及喷射成形7055铝合金锭坯热塑性变形程的本构方程及微观组织演变模型的建立方法。

背景技术

高强铝合金7055是航空航天领域重要的结构材料，其合金化程度高、微观组织结构多样，严格控制热加工工艺及热处理制度是使其获得优异综合力学性能的关键。由于具有较高的层错能，7055铝合金在热变形过程中普遍存在动态再结晶不完全，二次相动态析出等复杂的晶变、相变行为，并且该过程深受热、力加工工艺参数的影响，进而导致材料的高温流变行为及组织演化过程十分复杂。通过合理的热、力加工工艺来改善其微观组织及力学性能十分重要。

铝合金材料热变形过程中所表现出来的宏观流动行为本质上是对微观组织变化的客观反映。喷射成形7055铝合金相比于传统铸造制备工艺具有晶粒细小、组织均匀、宏观偏析少等优点，但同时，一定程度的孔隙率则对材料性能产生消极影响。研究该材料初始特征状态下的高温塑性流变行为，构建能够反映其微观组织演化物理机制的本构模型，对在后续热加工过程中微观组织及质量控制具有十分重要的工程现实意义。目前，针对喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程的一些模型研究仍基于低层错能金属非连续动态再结晶物理机制的建模思路，因而难以有效反映真实的微观组织演化规律，模型应用的准确性及可靠性具有局限性。另外，针对该材料在较高应变速率条件下(10～20s^-1)的塑性流变行为的研究未见报道，依据低应变速率条件所构建的本构模型难以准确预测高应变速率条件下的流动力学响应行为，因此对一些塑性加工应变速率较高的成形工艺，如：工业厚板的热轧制过程，缺乏相应的流变规律模型，这导致对该类成形工艺的力学及微观组织的分析及模拟预测方面的研究难以有效开展。

结合目前铝合金热变形软化机制的相关理论，对喷射成形7055铝合金高温塑性变形条件下流变行为的物理实验数据分析表明，该材料热变形过程中的软化机制主要以动态回复为主。同时，在特定的热力条件下将发生较为明显的动态再结晶软化行为，具体表现在流动应力随应变的增加而显著降低，当达到某一下限值时，流动应力又逐渐随应变的增加而缓慢升高并超过了先前的应力峰值，这表明动态再结晶后的组织又重新出现了缓慢的硬化现象，直到重新平衡。上述的流动应力特征与一般金属塑性材料的流变行为区别明显。不同于传统动态再结晶晶粒的形核和长大过程，喷射成形7055铝合金热变形过程中的动态再结晶机制是通过回复、多边形化、亚晶形成及长大等过程进行，并且动态再结晶的发生需要满足一定的热力条件，复杂的微观组织演变行为显著增加了对该材料流变应力响应的预测难度。因此，构建能够反映该材料热塑性变形过程物理机制及真实流动变形行为的本构方程，进而为该材料在热加工工艺优化、组织预测及控制、热加工数值模拟等方面的有效开展提供理论支撑与应用基础具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明提出了一种用于喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程及微观组织演变模型的建立方法，可较好解决该材料在中、高应变速率下，复杂微观组织演变所引起的流动应力响应行为。

一种用于喷射成形7055铝合金热塑性变形过程本构方程及微观组织演变模型的建立方法，包括如下步骤：

1)、对初始平均晶粒尺寸为D₀的喷射成形7055铝合金锭坯开展等温恒应变速率条件下的热压缩实验，获得不同工艺条件下的应力—应变曲线，并通过金相实验获取动态再结晶晶粒平均尺寸及体积分数的实验统计数据。