脉冲电流辅助2A97铝锂合金超塑变形动态再结晶行为与机理研究

According to the superplastic forming of 2A97 Al-Li alloy，the influence law of dynamic recrystallization on superplasticity was studied in this project. Based on the electro-superplasticity theory, it was researched that the influence mechanism of the pulsing current on the superplasticicity of 2A97 Al-Li alloy. Then the constitutive model of superplastic forming, coupling with pulse current parameters, was established. On the basis, the behavior and mechanism of dynamic recrystallization during electro-superplastic forming was explored and the theory of thermodynamics and dynamics for dynamic recrystallization were revealed. Therefore, the influence law of dynamic recrystallization on superplasticity was clarified more scientifically. Meantime, dependent on the theory of cellular automata (CA), it was established that the CA model of dynamic recrystallization during electro-superplastic forming of 2A97 Al-Li alloy. Then programming the CA model, the microstructural numerical simulation coupling with superplastic forming was realized so as to optimize the technical parameters and predict the superplasticity.

本项目针对第三代铝锂合金2A97的超塑变形，研究动态再结晶对2A97铝锂合金超塑性的影响规律；为了改善2A97铝锂合金的超塑性，基于电致超塑理论，研究脉冲电流对2A97铝锂合金超塑变形行为的影响机理，并建立耦合脉冲电流参数的超塑变形本构方程；在此基础上，深入探索脉冲电流辅助超塑变形过程中动态再结晶的行为与机理，揭示动态再结晶的热力学和动力学规律，更为科学的阐明动态再结晶对超塑变形的影响机理。同时，基于元胞自动机理论，建立2A97铝锂合金超塑变形动态再结晶的元胞自动机模型，编制元胞自动机模拟程序，并结合有限元成形软件，实现对超塑变形与动态再结晶微观组织演变耦合的跨尺度模拟，从而达到优化工艺参数和预测材料超塑性能的目的。

本项目针对第三代铝锂合金2A97的超塑变形，研究了脉冲电流对2A97铝锂合金的超塑性变形行为、空洞以及动态再结晶行为的影响规律；利用理论计算建立了脉冲电流辅助2A97铝锂合金超塑变形动态再结晶动力学模型；同时基于元胞自动机理论，建立了脉冲电流辅助2A97铝锂合金超塑变形动态再结晶的元胞自动机模型，实现了对超塑变形与动态再结晶微观组织演变耦合的跨尺度模拟。研究结果表明：2A97铝锂合金在变形条件为450℃、0.001s-1时超塑性能最佳，延伸率达到最大为567%，在超塑性变形过程中主要通过动态再结晶生成细小均匀的等轴晶粒，晶粒的转动和滑动是主要变形机制，晶内位错与晶界位错的滑移和攀移是主要协调机制；施加脉冲电流后，最佳的超塑变形条件为430℃、0.003s-1、60V，250Hz，20s，最大延伸率为640%，脉冲电流提高了超塑变形应变速率、降低了变形温度；加电后材料超塑变形空洞尺寸较小，数量明显减少，脉冲电流对空洞的产生和发展有明显的抑制作用；脉冲电流可以促进动态再结晶的产生，同时抑制晶粒的长大，从而有效提高了材料的超塑性能；数值模拟结果表明，施加脉冲电流后减小了所需载荷、缩短了贴模时间，降低了成形应力、且壁厚分布均匀化；脉冲电流参数对盒形件不同区域壁厚分布的影响规律不同，但从整体而言，当脉冲电流密度为192A/mm2，脉冲频率为150Hz时，盒形件成形效果最佳。