AZ31鎂合金板快速氣壓脹形成形極限與空洞演變研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)對材料和工藝要求的不斷提高，近年來鎂合金的快速氣壓脹形工藝已成為加工界的熱點(diǎn)。本文研究了 AZ31B鎂合金板快速氣壓脹形過程中的成形極限和空洞演變。
　　基于Mises屈服準(zhǔn)則，本文建立了快速氣壓脹形過程中的力學(xué)計(jì)算模型，并通過 Marc有限元軟件對橢圓件脹形過程進(jìn)行了模擬，分析了脹形過程中各個參量的變化規(guī)律，預(yù)測了本試驗(yàn)中對應(yīng)于目標(biāo)應(yīng)變速率的脹形氣壓值。
　　通過采用具有不同長短軸比例的橢圓模具，對1.2mm

2、厚的AZ31B鎂合金板材在不同工藝條件下的成形極限進(jìn)行了研究，并分別繪制出了應(yīng)變速率為2×10-3s-1和2×10-2s-1，脹形溫度為350℃、375℃和400℃時(shí)的成形極限圖，將成形極限圖分為破裂區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)和安全區(qū)三個部分，并對成形極限圖進(jìn)行了校核和驗(yàn)證。分析了溫度和應(yīng)變速率對成形極限的影響，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度的提高有利于提高板材的成形極限，而應(yīng)變速率的提高降低了板材的成形極限和脹形件的脹形高度，應(yīng)變速率提高10倍時(shí)，成形極限降低只降低

3、0.2～0.3左右，板材仍然保持較高成形極限，驗(yàn)證了快速氣壓脹形在高應(yīng)變速率下的可行性。
　　通過掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，各個脹形溫度下的斷口處有大量空洞的存在，在較低溫度200℃時(shí)，板材的斷裂機(jī)制主要為準(zhǔn)解理斷裂，當(dāng)脹形溫度升高到350℃，斷口中有韌窩的出現(xiàn)，并有尺寸大小不一的空洞，板材的斷裂機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂，在較高脹形溫度400℃時(shí)，斷口中出現(xiàn)大量韌窩，斷口的韌性斷裂更為明顯，且板材的斷裂開始向沿晶斷裂過渡。
　　利用光學(xué)顯

4、微鏡和掃描電鏡研究了 AZ31B鎂合金板材在快速氣壓脹形時(shí)的空洞形態(tài)和演變規(guī)律，空洞主要以擴(kuò)散型空洞和應(yīng)力型空洞兩種形式存在。在脹形初期，壓力的加載使板材迅速發(fā)生變形，晶粒的轉(zhuǎn)動和晶界的滑移使空洞迅速生成，隨著脹形過程的進(jìn)行，空洞逐漸長大，當(dāng)空洞長大到一定尺寸會發(fā)生空洞結(jié)合現(xiàn)象，大量空洞的結(jié)合最終導(dǎo)致了板材的破裂。
　　空洞體積分?jǐn)?shù)隨著應(yīng)變的提高而增大，兩者呈指數(shù)分布的數(shù)學(xué)關(guān)系，在脹形件頂部最大應(yīng)變處，空洞體積分?jǐn)?shù)最大，脹形溫度為

5、350℃時(shí)，無背壓和有背壓時(shí)的最大空洞比率分別為21％和16%。在相同的應(yīng)變時(shí)，背壓的加載能顯著降低空洞的體積分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，提高溫度和降低應(yīng)變速率也有助于空洞比率的降低。但空洞只能在一定程度上被抑制，并不能完全消失。
　　半球件自由脹形試驗(yàn)表明，在脹形溫度為350℃，脹形300s的工藝條件下，主壓0.8MPa、無背壓與主壓1.8MPa，背壓1MPa時(shí)的脹形高度分別為42.3mm和43.1mm，板材的最大減薄量分別為73%和78