摘要
6013铝合金广泛应用于汽车制造业和手机等电子电器行业，然而其加工存在一些问题，如室温成型差、热变形过程组织分布不均匀等，所以此类合金高温条件下加工性受到较大限制。本文对6013铝合金进行热模拟等温热压缩实验，通过建立本构方程和热加工图，确定热变形过程中最佳热加工参数（温度、应变和应变速率）范围；利用热压缩应变分布不均匀研究不同应变量对微观组织、位错密度和动态再结晶体积分数的影响，并获得JMAK动态再结晶模型；应用该动态再结晶模型结合DEFORM-3D有限元软件模拟工业热挤压过程，模拟研究了不同模具及挤压速度对挤压板材应变、损伤值、动态再结晶体积分数的影响；通过微观组织分析探讨了动态软化机制，建立了ZenerHollomon参数（Z参数）与再结晶机制之间的关系。主要结论如下： ①热变形过程中，流变应力随变形温度的增加以及应变速率的降低而降低。基于应变补偿法获得本构方程，该方程预测的流变应力值与实验数据对比良好。热加工图结果表明AA6013合金的最佳工艺条件为470～550℃，应变速率为0.001～0.06s-1。 ②在一定应变下，较高温度和较低应变速率会导致较高的动态再结晶体积分数。热压缩后样品内部应变分布不均匀，名义应变区的组织为粗大近等轴晶粒，而最大应变区的晶粒大多数表现为扁平状。临界位错密度（ρc）以及平均残余位错密度（-ρ）都随温度的升高和应变速率的降低而逐渐减小；应变量增加，平均位错密度增加。在相同应变速率和温度条件下，ρc均高于-ρ。 ③动态再结晶体积分数均随lnZ的减小而增大。微观组织中存在三种不同动态再结晶机制：DDRX、CDRX和GDRX。DDRX是通过晶界弓出、亚晶旋转和晶界迁移发生。CDRX可以只通过亚晶旋转或亚晶旋转+晶界迁移来发生。GDRX是由一个或两个原始晶界（≥35°）通过晶粒压扁、晶界锯齿化和“掐断”而产生。动态回复和动态再结晶均发生在高温变形过程中。动态回复在中高lnZ时（lnZ≥36）起主要作用；动态再结晶在低lnZ时起主要作用（lnZ＜36）。不同变形条件下动态再结晶主要机制依赖于lnZ，即GDRX在低lnZ（lnZ＜36）时起主要作用；CDRX在中lnZ（41≥lnZ≥36）时起主要作用；DDRX在高lnZ（lnZ≥41）时起主要作用。 ④利用所得JMAK方程，结合DEFORM-3D对热压缩和工业热挤压过程进行数值模拟。结果显示动态再结晶体积分数与实验结果吻合较好。损伤值、应变和动态再结晶体积分数均随挤压速度的增加而增加，当挤压速度超过2.5mm/s时挤压力发生显著变化。平模板材变形程度较小且最均匀，挤压表面质量相对更好；凹模板材变形程度相对较大，容易产生更大的应变和损伤值，因此再结晶程度更大，但沿厚度和水平方向应变分布不均匀。
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