摩擦系數對5083鋁合金熱壓縮試驗變形行為影響的有限元模擬研究

摩擦系數對5083鋁合金熱壓縮試驗變形行為影響的有限元模擬研究 總結： 綱要： 本文采用Gleeble-3800熱模擬試驗機在變形溫度為400℃、變形速率為0.13 s?1、變形量為50%條件下對5083鋁合金進(jìn)行了熱壓縮試驗，以試驗數據為基礎建立DEFOM-3D有限元模型，通過(guò)軟件模擬了5083鋁合金在變形溫度為400℃、應變速率為0.13 s?1、接觸摩擦系數分別為0、0.2、0.4以及0.6條件下的熱壓縮變形過(guò)程，研究了5083鋁合金在熱壓縮時(shí)與壓縮模具之間的接觸摩擦系對試樣形態(tài)、載荷力、應變速率以及應變分布的影響規律，為材料物體模擬過(guò)程的不均勻性研究提供了參考依據。在Gleeble-3800熱模擬機上進(jìn)行熱壓縮實(shí)驗，試樣以10℃/s的速度加熱到400℃保溫2 min，試樣兩端添加石墨片并均勻涂上潤滑劑(75%石墨 + 20%機油 + 5%硝酸三甲苯脂)以減小摩擦的影響，然后以0.13 s?1的速度進(jìn)行50%的變形，熱壓縮完成后淬火冷卻。模擬試樣尺寸與試驗試樣尺寸保持一致，均為Figure 1. Finite element model of the hot compression sample圖1. 有限元分析模型Φ10 × 15 mm，為減少計算量，選取圓柱體試樣的1/2進(jìn)行模擬運算；兩端壓頭材料特征設定為剛性，壓縮試樣材料選用5083鋁合金，材料流變應力曲線(xiàn)采用實(shí)測變形抗力曲線(xiàn)數據；試驗過(guò)程中一端固定，另一端以恒定應變速率0.13 s?1沿Z向變形至50% (真應變0.69)；試樣兩端接觸摩擦系數分別設置為0、0.2、0.4和0.6；模擬過(guò)程中試樣整體溫度設定為400℃，為了簡(jiǎn)化實(shí)驗，使實(shí)驗更具有針對性，熱壓縮過(guò)程中不考慮熱傳導的影響。從圖2可知，在最理想情況下，即接觸摩擦系數為0時(shí)，試樣熱壓縮變形均勻，無(wú)鼓肚現象發(fā)生；隨著(zhù)接觸摩擦系數的增加，試樣熱壓縮變形不均勻增大，鼓肚現象越明顯。從圖2可知，隨著(zhù)接觸摩擦系數的增加，載荷力基本沒(méi)發(fā)生變化，即接觸摩擦系數對載荷力影響不大，說(shuō)明在潤滑條件差的條件下進(jìn)行熱壓縮變形時(shí)對應力–應變曲線(xiàn)結果的準確性影響不大。從圖5(a)可知，在接觸摩擦系數為0的理想條件下，試樣各區域的應變量都相同，且與初始設置的名義應變量一致均為0.69，在圖中表示為青色區域；隨著(zhù)接觸摩擦系數的增加，熱壓縮變形的不均勻性也隨著(zhù)增大。此時(shí)由于