基于流量控制和温度差别控制的镁合金管材液压成形规律

针对镁合金管材热态液压成形压力控制加载方式不能完全利用总延伸率，均匀温度场下变形壁厚不均匀及过渡区摩擦阻力大等问题，提出控制压力介质流量的加载方式和利用温度场差别控制变形的液压成形新方法。开展流量控制加载方式下的镁合金管材塑性变形规律研究，揭示流量位移加载路径对成形镁合金管材成形性能的影响规律；开展非均匀温度场中镁合金管材塑性变形规律、塑性失稳以及摩擦行为研究，揭示温度场分布对镁合金管材热态液压成形的影响规律；分析镁合金管材热态液压成形组织演变，揭示流量控制加载方式和温度场分布对镁合金组织的影响规律。创新之处在于采用压力介质流量控制的加载方式充分利用镁合金管材的总延伸率。采用温度场差别控制调整变形顺序，并用采用流固热耦合和应变、应变速率双硬化材料模型的数值模拟分析管材成形过程。提高镁合金管材液压成形成形极限和壁厚均匀性，为镁合金轻量化构件在交通运输、航空和航天等领域的应用奠定基

针对镁合金管材热态液压成形压力控制加载方式不能完全利用总延伸率，均匀温度场下变形壁厚不均匀及过渡区摩擦阻力大等问题,本项目提出控制压力介质流量的加载方式和利用温度场差别控制变形的液压成形新方法。按计划完成了以下个方面的工作：1）研究了镁合金管材高温应变应变速率双硬化流动模型以及不同温度和流量下的胀形性能。首先通过多温度多应变速率下的拉伸试验测试了材料的流动应力应变曲线，通过数据拟合获得了反映材料受温度、应变以及应变速率影响的双硬化粘塑性本构方程；通过任意欧拉拉格朗日方法（ALE）建立了管材胀形流固耦合有限元模型；通过等体积增重增压的方法设计了高温高压下压力介质的压缩性测试方法，结合所测得液体压缩性利用材料试验机研究了不同流速和不同温度下的胀形性能。2）研究了镁合金管温度差别控制下内压成形塑性变形规律。通过有限元分析研究了环向非均匀温度场胀形初始壁厚非均匀管材的变形机理；进而通过实验、理论分析以及仿真结合的方法研究揭示了采用高温单向预成形、环向差温以及同步加热方式成形矩形截面件的塑性变形规律和壁厚分布规律，给出了低圆角均匀壁厚分布矩形件成形的合理方法。3）研究了镁合金管温度差别控制内压成形时的塑性失稳行为。通过实验研究结合有限元模拟研究了非均匀温度场下镁合金管塑性失稳行为并建立临界条件，揭示了不同温度不同加载条件下的起皱过程应力应变规律；研制了管内压成形导向区摩擦测试装置，揭示了内压和润滑条件对摩擦的影响规律。4）研究了镁合金管高温内压成形的微观组织演变规律。通过光学组织以及透射组织观察分析揭示了不同温度和不同加载条件下镁合金管起皱和胀形中的微观变形特征和晶粒细化规律等微观组织演变规律；揭示了一种通过轴向补料实现镁合金晶粒纳米尺度细化的机理，并给出了维氏硬度分布规律。