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LZ91镁锂合金板塑性变形行为的实验研究及本构建模开题报告

 2020-05-02 05:05  

1. 研究目的与意义(文献综述)

mg属于密排六方金属,滑移系少只有一组滑移面,变形困难,较难应用。但在其上添加了li元素后,构成的mg-li合金由于轴比降低在基面滑移系上增加了一个棱面滑移系,结构也转变为体心立方,延展性提高,塑性得到改良,加工性能得到改善。且其密度比水小,是目前所有无毒合金中最轻的。此外还具有弹性模量高,抗压屈服强度高,各向异性不明显,塑性和冲击韧性好等优势。研究其力学性能有利于解决航空航天对轻质材料的要求,同时在电子、军事等领域也有广阔前景。

1910年,德国mising等发现mg、li作用的相结构转变。1934-1936年,美德英三国相继测定了镁锂合金二元相图。20世纪40年代后,美国开始大规模研究mg-li合金,以开发出密度低、比强度高、成形性良好和各向异性不明显的超轻镁锂合金,后成功开发出laz933合金、la141合金。20世纪80年代,美国开始尝试合金制备新工艺及mg-li基复合材料的制备并制造出mg-li/b4c复合材料。20世纪60年代中期至90年代,前苏联开发出ma18、ma21等超轻镁锂合金。日本于20世纪80年代开始大规模研究镁锂合金。我国于2010年投产国内首条镁锂合金生产线。镁锂合金初始在于发展军事、航空、航天方面。随着宇航器件减重、兵器轻量化的要求,各国对超轻镁锂合金、mg-li基复合材料越来越重视。今后的研究重点是以合金化为主,兼顾制备技术和复合技术的研究方向。我国是镁资源大国,同时也有着航空航天、汽车和通讯方面的巨大市场,若充分发展镁锂合金的塑性,提高其常温成型能力,必能获得独特的优势和极大的社会效益和经济效益。

镁锂合金根据li的质量分数及结构一般分为三种:1.lilt;5.7%,为li在mg中的固溶体ɑ相组成,虽仍为密排六方结构但增加了滑移面,可加工性提高。2.5.7%lt;lilt;10.3%,为两相结构,另一相是mg在li中的固溶体,为体心立方,具有较高的塑性。3.ligt;10.3%时完全由第二相组成的合金。鉴于镁锂合金的强度不高,耐蚀性不佳等诸多不足,国内外目前的研究主要集中于以下几方面来改善合金的性能。1.合金化研究,为提高mg-li合金的综合性能,通常采用添加al、zn、re/等元素,目前最多的是la系和lz系,且已经从三元合金化转移到四元、五元化以提高合金力学性能,稀土则是研究者最感兴趣的合金化元素;2.塑性变形研究,如赵旭峰等对mg-6li-3al镁锂合金进行挤压后热轧,刘旭等对mg-3al-2zn-xy镁锂合金进行热挤压变形,以研究不同变形条件下,镁锂合金的变形规律;3.织构研究,康志新等采用ecap工艺以三种不同的工艺路径对双相mg-10.73li-4.49al-0.25y镁锂合金进行研究,王涛等对mg-8.5li-1al-1ce合金进行了轧制变形,观察合金中ɑ相的织构演变情况,以研究合金织构的变化对性能的影响。4.表面处理研究,由于镁锂合金化学性质活泼,导致镁锂合金耐腐蚀性能差,限制了镁锂合金进一步应用,目前国内外对于镁锂合金的表面处理主要集中在采用化学镀、化学转化膜、微弧氧化及阳极氧化等措施上。

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2. 研究的基本内容与方案

研究内容:
1分析国内外关于LZ91铝镁合金板料的研究进展;
2.研究LZ91铝镁合金在单向拉伸实验下的变形;
3.研究LZ91铝镁合金在平面应变条件下的拉伸变形;
4.研究LZ91铝镁合金单向拉伸过程中的损伤破裂问题。
研究目标:
1.通过了解分析国内外关于LZ91铝镁合金板料的研究进展,完成技术方案的制定、不同试件的形状设计、了解板料在不同变形路径下的塑性变形行为并了解Yld2000-2d屈服准则;
2.通过单向拉伸实验研究LZ91铝镁合金板料屈服应力与塑性变形的各向异性;
3.通过平面拉伸实验识别Yld2000-2d各向异性屈服函数;
4.通过拉伸实验逆向识别GTN细观损伤模型。
拟采用的技术方案及措施:
1. 查阅不少于15篇的参考文献(其中,近5年的英文参考文献不低于3篇,完成研究内容与目标第一部分;
2.参考国家标准,进行标准化的单向拉伸实验以获取LZ91铝镁合金板料屈服应力与塑性变形的各向异性;
3. 设计平面应变条件下拉伸试件,完成平面应变条件下的拉伸实验,识别Yld2000-2d各向异性屈服函数;
4. 改进单向拉伸试件,完成拉伸实验,并逆向识别GTN细观损伤模型;


3. 研究计划与安排

第1-3周 查阅相关文献,明确研究目的与内容,制定合理的技术路线,完成开题报告。

第4-9周 完成不同条件下试件的形状与尺寸设计,识别yld2000-2d屈服准则。

第9-12周 采用逆向识别方法,建立gtn细观损伤模型。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 仲志国,卢志文,赵亚忠.镁锂合金研究进展[j].热加工工艺,2012,41(4):76-79.

[2] 刘旭贺.超轻超塑性镁锂合金的制备及性能研究[d].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2012.

[3] gb/t-228.1-2010,金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法[s].

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