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3 数值模拟分析软件DEFORM 14
3.1 DEFORM软件简介 14
3.2 DEFORM的发展 14
3.3 DEFORM的特点 15
3.4 DEFORM-3D软件的模块结构 15
4铝合金拔长变形过程应变场分布的研究 17
4.1 引言 17
4.2 建立有限元模型 17
4.2.1试样对称拔长变形 17
4.2.2试样非对称拔长变形 20
4.3 数值模拟结果及分析 23
4.3.1 对称拔长变形不同压下量下应变场分布情况 23
4.3.2 非对称拔长变形不同压下量下应变场分布情况 24
4.4 实验验证 28
4.4.1 实验仪器和设备 28
4.4.2 实验方案及操作过程 30
4.4.3 实验结果及分析 34
4.5应变分布模拟结果的函数拟合 38
5 结论 43
致 谢 44
参考文献 45
附 录 47
1.绪论
1.1 铝合金
1.1.1合金发展现状与趋势
1.1.2 6061铝合金在不同变形条件下的应力应变曲线
从图1.1可看出，变形速度和变形温度是影响6061 铝合金热变形性能的重要因素。在同一应变速率下，变形温度越高，流变应力越低；在同一变形温度下，应变速率越大，流变应力越大。这主要是因为在应变速率不变的情况下，随变形温度的升高，热激活能的作用不断显现出来，原子内能上升，各种缺陷运动势能垒下降，使位错等缺陷易于开动，位错运动所需要的应力下降，宏观表现为流变应力降低。另一方面，动态回复和动态再结晶引起的软化机制也随温度的上升而易被触发，使合金的流变应力下降。然而当变形温度不变、应变速率增加到达一定数值时，单位时间的变形程度增大，位错的增殖速率不断上升，晶体内的位错再次出现交割、相互缠绕，促使位错进一步运动的应力再次增大，加工硬化作用再次显现，这种硬化机制和软化机制交替往复的过程，在流变曲线上表现为后期的动态平衡[3]。
图1.1 6061铝合金在不同条件下的真应力—真应变曲线
1.2拔长工艺的研究进展
拔长是广泛应用于大中型锻件生产的自由锻造工序，对锻件质量和生产效率有着重要的影响。通过拔长工序，可使钢锭或坯料的横截面减小、长度增加以初步满足成形尺寸要求，同时可改善其内部组织、消除其部分内部缺陷以获得均匀致密的锻件产品。为了合理制定拔长工艺方案，需要对拔长过程中坯料变形特点和锻造效果进行细致的分析。
大锻件锻造的目的主要是打碎碳化物、锻合先天性疏松、孔洞型冶金缺陷, 同时不产生新的裂纹源, 以获得均质致密的锻件。由于钢锭内部不可避免地具有不同程度的内部疏松、孔洞与夹杂物, 因此采用何种有效的工艺去锻合内部这些缺陷, 如何创造有利的力学条件, 使之在锻造过程中不出现新裂纹或夹杂性裂纹, 一直是锻造工作者关心与研究的问题。自20 世纪50 年代以来, 各国的锻造工作者开展了大量探索研究, 在平砧拔长研究的基础上, 先后提出了一系列新拔长方法, 这些方法的共同点是采用宽砧、大压下量来消除心部轴向拉应力和锻合内部缺陷, 为此, 进行了一系列模拟实验, 研究各种拔长方法的砧宽比、变形特点、锻造效果及孔洞锻合机理[4]。但由于各研究者得到了不同的不产生轴向拉应力的临界砧宽比,对宽砧、大压下量锻造,没有从系统观点来认识拔长, 当拔长翻转90度以后,如何控制砧宽比等问题,直到近10年, 随着科学技术的进步和人们认识的提高, 提出了拔长新理论及新工艺, 统一了临界砧宽比, 使拔长的研究上升到一个新的高度。综观大锻件拔长工艺的研究过程,反映了人们认识规律的逐步升华过程。图1.2 明确展示了铝合金在拔长时坯料变形的区域以及产生的刚性端的区域，更利于我们了解拔长工艺中应变场变化的规律和特性[5]。