【作 者】程彬洋;劉祥;蘆俊杰;龐秋

　　【前 言】

　　隨著輕量化技術(shù)逐漸受到制造業(yè)領(lǐng)域的重視，鈦合金和鋁合金等輕質(zhì)材料廣泛運(yùn)用到汽車、飛機(jī)等行業(yè)中。鋁合金由于具有優(yōu)良的力學(xué)和成形性能而被認(rèn)為是汽車輕量化的重要選擇，各種板料成形技術(shù)也得到飛速發(fā)展。Al-Zn 系合金具有比強(qiáng)度和比剛度較高、斷裂韌性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，有著較大的輕量化潛力[1-3]，但是由于存在成形延性差、回彈嚴(yán)重等問(wèn)題，這系列合金在室溫下的成形性很差，往往很難成形形狀復(fù)雜的零件。

　　文中研究了一種鋁合金預(yù)時(shí)效強(qiáng)化溫?zé)岢尚喂に嚕≒re-Aged Hardening Warm Forming，PHF），其流程如圖 1 所示[4]。在該工藝過(guò)程中，首先對(duì)合金進(jìn)行固溶熱處理和預(yù)時(shí)效處理，以用作坯料。隨后，將預(yù)強(qiáng)化坯料加熱至所需溫度，保溫一段時(shí)間，然后轉(zhuǎn)移到成形裝置中進(jìn)行熱沖壓，最終制件無(wú)需后續(xù)熱處理即可獲得。對(duì)于該工藝，預(yù)強(qiáng)化坯料由板料供應(yīng)商批量供應(yīng)，沖壓工序可在幾分鐘內(nèi)完成，從而縮短生產(chǎn)周期并降低成本。

　　文中主要比較了 2 種本構(gòu)方程對(duì) Al-Zn 合金 PHF工藝變形行為的預(yù)測(cè)，從而提出一種適用于該工藝變形特性和參數(shù)優(yōu)化的本構(gòu)模型。在應(yīng)變速率為 0.01~ 1 s?1、溫度為 180~220 ℃的變形條件下，對(duì) Al-Zn 合金進(jìn)行了一系列熱拉伸試驗(yàn)，分析了不同工藝參數(shù)下合金材料的微觀組織演變和流動(dòng)應(yīng)力行為。

　　【結(jié) 論】

　　針對(duì)提出的高強(qiáng)鋁合金預(yù)時(shí)效強(qiáng)化溫?zé)岢尚喂に嚕≒HF）進(jìn)行了本構(gòu)模型研究，對(duì)提供的 Al-Zn 合金進(jìn)行熱拉伸試驗(yàn)，變形條件為不同變形溫度（180~220 ℃）和應(yīng)變速率（0.01~1 s?1），并對(duì)試驗(yàn)值進(jìn)行了修正，得到真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并對(duì)流動(dòng)行為進(jìn)行描述。在修正試驗(yàn)值的基礎(chǔ)上，采用適用于高強(qiáng)鋁合金的應(yīng)變補(bǔ)償?shù)暮?Z 參數(shù)本構(gòu)模型和PSO-BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型對(duì) Al-Zn 合金的流動(dòng)行為進(jìn)行了預(yù)測(cè)。根據(jù)研究可以得到以下結(jié)論。

　　1）對(duì)修正后的試驗(yàn)值進(jìn)行研究可發(fā)現(xiàn)流動(dòng)應(yīng)力對(duì)變形條件比較敏感，在同一變形溫度下，流動(dòng)應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增大而升高，說(shuō)明熱變形過(guò)程中 Al-Zn合金呈現(xiàn)正的應(yīng)變速率敏感性；在同一應(yīng)變速率下，流動(dòng)應(yīng)力隨變形溫度的升高而下降，這種現(xiàn)象說(shuō)明Al-Zn 合金在熱變形過(guò)程中有熱軟化效應(yīng)。

　　2）建立應(yīng)變補(bǔ)償?shù)暮?Z 參數(shù)本構(gòu)模型的 R 值和EAARE 值分別為 0.96 和 8.761%，雖然預(yù)測(cè)流動(dòng)應(yīng)力時(shí)有個(gè)別參數(shù)會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，但整體趨勢(shì)基本一致；而 PSO-BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型的出預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值則高度吻合，R 值和 EAARE 值分別為 0.993 5和 2.51%，而且擁有更準(zhǔn)確、更快速的數(shù)據(jù)采集和分析能力，對(duì)鋁合金及其他合金材料的熱變形行為預(yù)測(cè)有著重要意義。

　　以下是正文：