扩收挤压AZ80镁合金轮毂疲劳性能研究

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在资源和能源问题越来越突出的当今时代,轻量化已经成为一个重要的课题。镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、减震性能好和抗电磁干扰屏蔽能力强等特点,这使得镁合金在汽车工业具有广泛的应用前景。轮毂在运行过程中,因其要承受路面不平所产生的冲击力,长期在大摩擦、高强度和高负荷的环境下工作,所以极易在轮辐部位产生裂纹而失效。传统实心坯料挤压镁合金轮辐部位变形量较小,造成组织不均匀,其抗疲劳强度有待进一步提升。为此提出了基于空心坯料扩收挤压轮毂成形工艺,该工艺具有提高轮辐变形量及降低成形力等优点。但是,尚未系统分析该工艺制备轮毂的轮辐微观组织及疲劳性能。本文以AZ80镁合金为实验材料,对比研究了两种工艺的轮毂成形过程、热处理及其轮辐的高低周疲劳性能。(1)采用Deform-3D模拟软件进行数值模拟,结果表明:扩收挤压轮毂比传统实心坯料挤压轮毂的轮辐部位变形量更大,等效应变提高2.2倍。物理实验结果表明:传统实心坯料挤压轮辐部位微观组织是混晶组织,平均晶粒尺寸为23.4μm;空心坯料扩收挤压轮辐部位微观组织几乎都是均匀的等轴晶,平均晶粒尺寸为11.2μm。(2)利用Imager.A1m型金相显微镜、SU5000型扫描电子显微镜和Instron3382拉伸实验机,分析了铸态、挤压态、欠时效态以及峰时效态试样的组织和拉伸性能。表明:未时效时,轮毂挤压态力学性能优于铸态力学性能。随时效时间增加,两种工艺制备的轮毂强度和硬度增加,塑性下降;但是扩收挤压轮毂的力学性能整体比传统工艺更好,其晶粒更细、织构更强以及第二相分布更均匀。(3)采用Instron8801疲劳试验机,研究两种工艺轮毂的欠时效态和峰时效态高周疲劳性能,结果表明:传统工艺的峰时效态疲劳强度比欠时效态疲劳强度高6.7MPa;扩收工艺的峰时效态疲劳强度比欠时效态疲劳强度高5.4MPa。欠时效和峰时效状态下,扩收挤压轮毂的疲劳强度比传统工艺分别高5.3MPa和4MPa;基于扩收挤压轮毂的疲劳寿命也高于传统工艺。(4)采用SU5000扫描电镜对高周疲劳断口进行分析,每种状态的萌生区由类似蠕虫状结构组成,裂纹扩展区是由许多大小不一的片层状结构构成扇形区,瞬断区由大小不等的韧窝、解理台阶、撕裂棱组成。(5)采用相同的疲劳试验机和扫描电镜,研究欠时效态和峰时效态下的两种工艺的低周疲劳性能,结果表明:在0.4%总应变下,峰时效态的应力幅值是高于欠时效态的,且有循环硬化现象;平均应力响应图表明:峰时效态拉压不对称性进一步降低;滞后环曲线表明:疲劳滞后环是明显对称的,且孪生未启动。断口观察表明:疲劳裂纹源均出现在表面,裂纹扩展区都呈现出放射发散状纹理,随着时效时间的延长,扩展区面积呈减小趋势,瞬断区由韧窝、解理台阶、撕裂棱等组成,断裂形貌与它的塑韧性密切相关的。
摘要第4-6页
abstract第6-8页
1 绪论第12-27页
    1.1 课题背景与意义第12-13页
    1.2 镁及镁合金概述第13-14页
        1.2.1 镁及镁合金第13页
        1.2.2 镁合金的发展第13页
        1.2.3 镁合金轮毂的优势第13-14页
    1.3 镁合金疲劳第14-19页
        1.3.1 疲劳定义第14-15页
        1.3.2 镁合金疲劳研究进展第15-16页
        1.3.3 影响镁合金疲劳的因素第16-19页
    1.4 镁合金轮毂第19-23页
        1.4.1 国内外轮毂的发展第19-20页
        1.4.2 铸造轮毂成形方法第20-22页
        1.4.3 锻造轮毂成形方法第22-23页
    1.4 4汽车轮毂结构第23-25页
    1.5 研究内容第25-27页
2 实验条件及方法第27-36页
    2.1 实验研究路线第27-28页
    2.2 实验材料制备第28-29页
        2.2.1 实验材料第28页
        2.2.2 挤压工艺第28页
        2.2.3 热处理工艺第28-29页
    2.3 拉伸试样制备第29-30页
    2.4 高周疲劳性能研究第30-32页
        2.4.1 高周疲劳试样制备第30页
        2.4.2 高周疲劳试验参数第30-31页
        2.4.3 疲劳强度的测定与分析第31-32页
        2.4.4 成对对比试验第32页
    2.5 低周疲劳性能研究第32-33页
        2.5.1 低周疲劳试样制备第32-33页
        2.5.2 低周疲劳实验参数第33页
    2.6 组织性能分析第33-36页
        2.6.1 金相组织观察第33-35页
        2.6.2 扫描电镜观察第35页
        2.6.3 XRD对织构观察第35-36页
3 轮毂制备研究及静态力学性能测试第36-51页
    3.1 两种制备工艺第36-37页
    3.2 挤压过程尺寸参数第37-38页
    3.3 传统工艺和扩收工艺数值模拟第38-40页
    3.4 不同工艺挤压过程微观组织分析第40-42页
        3.4.1 传统工艺过程微观组织第40-41页
        3.4.2 扩收工艺过程微观组织第41-42页
    3.5 静态力学性能分析第42-47页
    3.6 拉伸断口的SEM分析第47-49页
    3.7 本章小结第49-51页
4 轮毂疲劳性能研究第51-73页
    4.1 疲劳强度的测定与分析第51-53页
    4.2 利用成对对比法比较疲劳寿命第53-56页
    4.3 高周疲劳断口分析第56-62页
        4.3.1 疲劳裂纹萌生区SEM分析第57-59页
        4.3.2 疲劳裂纹扩展区SEM分析第59-61页
        4.3.3 疲劳裂纹瞬断区SEM分析第61-62页
    4.4 高周疲劳的小结第62-63页
    4.5 低周疲劳行为第63-67页
        4.5.1 循环应力响应行为第63-64页
        4.5.2 平均应力响应第64-65页
        4.5.3 低周循环的第一次循环第65页
        4.5.4 滞后环曲线第65-66页
        4.5.5 塑性应变曲线第66-67页
    4.6 低周疲劳断口分析第67-71页
        4.6.1 疲劳裂纹萌生区和扩展区SEM分析第68-69页
        4.6.2 疲劳裂瞬断区SEM分析第69-71页
    4.7 低周疲劳小结第71-73页
结论第73-75页
参考文献第75-81页
攻读硕士期间发表的论文第81-82页
致谢第82-83页
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论文编号ABS4353678,这篇论文共83页
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