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MnE21镁合金热加工性能研究及数值模拟

StudyandNumericalSimulationofHotProcessing

PropertiesofMnE21MagnesiumAlloy

日期：2023年5月28日

摘要

MnE21

本文研究的MnE21镁合金属于典型的镁锰系合金，因其具备良好的高温延展性及

高温稳定性可在汽车、航空航天等领域发挥重要作用。镁锰系合金的利用对实现零件

轻量化目标具有重要意义，解决MnE21镁合金的塑性成形问题是促进其广泛应用的关

键。目前针对该类合金的高温成形性能以及加工工艺的研究还不够充分，本文以理论

分析及数值模拟为基础研究MnE21镁合金的塑性成形，将高温力学性能测试、EBSD

测试和有限元模拟相结合，系统研究MnE21镁合金的热加工性能和显微组织演变。本

文的研究成果对镁锰系合金的发展具有重要的意义，本文的研究内容如下：

(1)系统开展热拉伸实验得到MnE21镁合金高温流动行为曲线，分析曲线可知

MnE21镁合金流动行为呈现典型的动态再结晶特点。基于热拉伸应力应变曲线构建了

ArrheniusMatlabBP

型本构方程，并对其进行应变补偿修正，借助软件构建了神经网

络本构方程。将实验数据与理论预测数据对比，发现Arrhenius型高温本构方程及神经

网络本构方程均具有较高的精度，都能很好地描述MnE21镁合金的高温流动行为。

(2)DMMDynamicMaterialModelMnE21

基于动态材料模型（）绘制了镁合金的

失稳图与功率耗散图，进而构建MnE21镁合金的热加工图，可以预测材料的加工变形

范围。研究了不同温度与不同应变速率对显微组织结构的影响，结果显示MnE21镁合

−2−1

金在450°C进行了较为完全的动态再结晶，应变速率在1×10s以下有助于动态再结

01-10[2-1-11]01-

晶的发生，温度与应变速率发生改变时，晶体内部主要存在（）和（

10[2-1-11]

）两种织构类型。

(3)开展材料高温力学实验，建立材料本构模型，利用Deform仿真软件对比理论

计算结果与实验结果验证了Arrhenius型本构方程的准确性，为数值模拟提供可靠基

础。模拟分析汽车仪表盘横梁支架的成形过程，首先确定模具的最佳间隙为1.7mm。

通过应变场和减薄率的分析，得到冲压过程中的三个危险区。还分析了成形件的温度

场分布，发现冲压速度从15mm/s提升到150mm/s后，在400℃和500℃板料的最低温

度分别提升了50℃和33℃,板料中整体温度分布更加均匀，从减薄率分析，温度在

I

吉林大学硕士学位论文

400℃~500℃时，15mm/s的冲压速度有利于保证产品的成形质量，但是温度在400℃,

冲压速度达到150mm/s时不适合板料成形。

(4)采用MnE21镁合金开展汽车仪表盘横梁支架热冲压成形实验，实验结果与数

值模拟结果基本一致，冲压速度为15mm/s时，温度在400℃~500℃时板料的成形较为

理想。在数值模拟中确认的危险区只有A区域对产品质量有较大的影响，主要体现在

400℃150mm/sA