【摘 要】
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镁合金作为“21世纪绿色金属结构材料”,在航天军工,电子3C及新能源汽车等领域广泛应用,镁合金中厚板作为新能源汽车结构零部件的初始坯料,其组织性能要求较高。本文采用宏观有限元模拟与微观晶体塑性分析耦合的方法研究ZK61镁合金中厚板晶体内应力和微观织构的变化。用CPFEM（晶体塑性有限元法）研究轧制过程中每一道次轧制完后拉伸对织构和力学性能的影响。首先通过同步热轧方式,经过六道次的轧制,将17 mm
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镁合金作为“21世纪绿色金属结构材料”,在航天军工,电子3C及新能源汽车等领域广泛应用,镁合金中厚板作为新能源汽车结构零部件的初始坯料,其组织性能要求较高。本文采用宏观有限元模拟与微观晶体塑性分析耦合的方法研究ZK61镁合金中厚板晶体内应力和微观织构的变化。用CPFEM（晶体塑性有限元法）研究轧制过程中每一道次轧制完后拉伸对织构和力学性能的影响。首先通过同步热轧方式,经过六道次的轧制,将17 mm厚的ZK61镁合金板材轧制到4.5 mm;其次将每一道次的板材取样,进行拉伸试验,从而得到屈服应力塑性应变和应力应变数据,前者作为有限元塑性参数导入宏观轧制模拟中,后者和微观模拟的应力应变结果做比较;接着采用有限单元法对ZK61镁合金进行同步轧制的数值模拟,分析讨论不同道次变形量下轧制板材的等效应力场和等效塑性应变场;最后将宏观有限元中代表单元的位移差-时间曲线作为多晶体模型的边界条件,耦合到微观多晶体塑性模型中。运用CPFEM模拟镁合金板材沿RD方向的单向拉伸过程,在对材料参数进行调节的同时,将模拟得到的应力应变曲线与拉伸曲线进行对比拟合,得到ZK61镁合金较为准确的材料参数,并且将CPFEM模拟得到的织构图与EBSD（电子背散射衍射）实验分析导出的织构图进行对比分析。CPFEM晶体塑性有限元模拟结果表明:随着轧制道次的增加,基面织构极密度的总体趋势是增加的,从不均匀的织构逐步演化为典型的基面织构。将CPFEM模拟的应力应变曲线与拉伸试验得到的进行对比,可发现应力-应变曲线在塑性变形阶段基本一致。在第三道次到第六道次的CPFEM模拟中观察晶粒应力的变化,得出Voronoi多晶体模型的内侧和外侧晶粒的应力变化规律。拉伸试验结果表明:不同方向不同道次板材的延伸率、塑性应变比以及硬化指数都各不相同,随着轧制道次的增加,延伸率、塑性应变比的趋势都是逐渐增加的,硬化指数在0°方向逐渐增大,在45°方向逐渐减小,在90°方向基本不变。本文通过计算模拟与实验进行对比,得到宏观应力应变结果与微观变形织构演化规律,采用同步热轧的工艺方式获得了具有细化晶粒和弱化织构的ZK61镁合金中厚板,为镁合金热轧工艺参数的设定和材料微观组织的设计提供了理论参考。
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