铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法技术

本发明专利技术涉及一种铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法，包括以下步骤：S1、通过拉伸数据来求解铝合金的本构模型；S2、将工程应力‑应变曲线转化为真实应力‑应变曲线；S3、建立铝合金的统一粘塑性本构模型，以得到铝合金在变形过程中的位错密度、硬化以及晶粒尺寸与粘塑性流动行为之间的关系；S4、将变形后的铝合金进行DSC分析；S5、将变形后的铝合金进行XRD分析；S6、根据上述的计算结果，得到元素浓度、析出相体积分数以及析出相尺寸；S7、建立屈服强度预测模型；S8、求得模型参数。本发明专利技术所涉及到的计算分析过程简单，参数少，便于推广应用，并且模型精度较高，能通过铝合金热冲压实验进行验证。

【技术实现步骤摘要】
铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法
本专利技术涉及铝合金加工成形领域，更具体地说，涉及一种铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法。
技术介绍
随着对节能减排的迫切需求，轻量化已经成为当今汽车产业不可逆转的趋势，作为一种重要的高强轻质材料，铝合金凭借其较高的比强度和回收利用率等优点在汽车产业中得到了越来越广泛的应用。然而，铝合金在室温下较差的成形性限制了它在汽车产业中的应用。为了克服这一问题，一种新的热冲压工艺，热成形-淬火一体化工艺(HFQ)被提出。该工艺过程中，铝合金板材进行固溶处理以获得延展性好的微观组织。然后转移至水冷模具进行快速冲压成形，并且保持在水冷模具中进行保压淬火至室温。对可热处理铝合金，通常需要增加后续的时效处理来提高零件的强度。根据该成形工艺，成形与淬火过程在同一工序中进行，大大提高了零件的尺寸精度。对于铝合金热冲压成形，虽然实验可以确定变形条件和时效制度与材料的力学特性和力学性能之间的关系，但如果变形条件或者时效制度发生变化，则需要反复测量，导致工作量大，效率低，还增加了生产成本，延长了生产周期。因此，对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、通过拉伸数据来求解铝合金的本构模型；/nS2、将工程应力-应变曲线转化为真实应力-应变曲线；/nS3、基于粘塑性理论和计算得到的屈服准则、硬化模型，建立铝合金的统一粘塑性本构模型，以得到铝合金在变形过程中的位错密度、硬化以及晶粒尺寸与粘塑性流动行为之间的关系；/nS4、将变形后的铝合金进行DSC分析，计算其析出相的析出动力学参数；/nS5、将变形后的铝合金进行XRD分析，计算基体中的平均位错密度；/nS6、根据上述的计算结果，得到元素浓度、析出相体积分数以及析出相尺寸；/nS7、建立包括固溶强化、晶界强化、...

【技术特征摘要】
1.一种铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过拉伸数据来求解铝合金的本构模型；
S2、将工程应力-应变曲线转化为真实应力-应变曲线；
S3、基于粘塑性理论和计算得到的屈服准则、硬化模型，建立铝合金的统一粘塑性本构模型，以得到铝合金在变形过程中的位错密度、硬化以及晶粒尺寸与粘塑性流动行为之间的关系；
S4、将变形后的铝合金进行DSC分析，计算其析出相的析出动力学参数；
S5、将变形后的铝合金进行XRD分析，计算基体中的平均位错密度；
S6、根据上述的计算结果，得到元素浓度、析出相体积分数以及析出相尺寸；
S7、建立包括固溶强化、晶界强化、析出强化和位错强化的屈服强度预测模型；
S8、将不同时效时间的强度试验结果，带入铝合金屈服强度预测模型的方程即可求得模型参数。


2.根据权利要求1所述的铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，铝合金的屈服准则选择Hill48各向异性屈服准则，对于平面应力状态，屈服准则表达式为
2f(σij)＝(G+H)σ112-2Hσ11σ22+(H+F)σ222+2Nσ122＝σ2
其中σij为应力张量；F、G、H、L、M和N为与材料的各向异性相关的常数；1、2、3为材料的各向异性主轴，对于板材，轴1为沿着轧制方向，轴2为沿着面内垂直于轧制方向，而轴3为沿着板材的厚度方向；σ为等效应力；
对于单向拉伸状态下的应力分量σ11、σ22、σ12和σ21分别为：
σ11＝Yθcos2θ
σ22＝Yθsin2θ
σ21＝σ12＝Yθsinθcosθ
其中Yθ为与轧制方向呈θ角度的单项拉伸屈服应力；
而对于与轧制方向呈θ角度的方向上各向异性系数rθ的表达式为：
rθ＝[(ε11cos2θ+ε22sin2θ+ε33sinθcosθ)/(ε11+ε22)]-1
其中ε11为轧制方向上的应变，ε22为垂直于轧制方向上的应变，ε33为厚向应变；
通过相关的流动法则并结合欧拉特性，得到平面内各个方向上的各向异性系数表达式：



其中，σ0为与轧制方向一致的屈服强度；
通过上述算法得到超静定方程组的全局最优解，进而确定各向异性屈服准则Hill48的未知模型参数。


3.根据权利要求1所述的铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法，其特征在于，所述步骤S2中工程应变和真实应变的关系式如下：
εt＝ln(1+εe)
σt＝σe×(1+εe)
其中εt为真实应变；εe为工程应变；σt为真实应力；σe为工程应力；
以0°方向的真实应力-应变曲线作为参考，建立修正的Voce硬化模型：



其中Y为屈服应力，B、C、D、E、x、y均为材料常数。


4.根据权利要求1所述的铝合金热变形行为和成形后屈服强度的预测方法，其特征在于，所述步骤S3中铝合金在变形过程中的位错密度、硬化以及晶粒尺寸与粘塑性流动行为之间的关系如下：

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【专利技术属性】
技术研发人员：华林，胡志力，魏鹏飞，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42