AZ31鎂合金板材等徑角軋制及沖壓性能研究.pdf

1、作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金被譽為是“21世紀(jì)最具發(fā)展前途的綠色金屬材料”。特別是變形鎂合金板材以其優(yōu)異的綜合性能表現(xiàn)出極其廣闊的應(yīng)用前景，高性能變形鎂合金板材的研制已成為當(dāng)今材料領(lǐng)域的研究熱點，而實現(xiàn)鎂合金板材的低溫乃至室溫、高速成形成為擴(kuò)大其應(yīng)用的關(guān)鍵。但常規(guī)板材制備工藝所形成的強(qiáng)烈的基面織構(gòu)嚴(yán)重制約了鎂合金板材沖壓性能的提高，因此在對鎂合金塑性變形理論進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上開發(fā)板材成形新技術(shù)，是促進(jìn)變形鎂合金可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

2、 本文以提高鎂合金板材沖壓性能為目的，以實現(xiàn)低溫乃至室溫、高速沖壓成形為目標(biāo)，從晶粒取向控制出發(fā)，提出了等徑角軋制新工藝—即將普通軋制和大剪切變形相結(jié)合，利用軋制變形產(chǎn)生的摩擦力，使板材連續(xù)通過兩通道成一定夾角且高度相等的模具。采用該工藝并結(jié)合后續(xù)熱處理，通過有限元分析和試驗研究，對等徑角軋制和熱處理過程中AZ31鎂合金板材微觀組織和沖壓性能的演變規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行研究，探索影響其變形機(jī)理和沖壓成形能力的根本原因并開發(fā)合適的板材拉深

3、成形工藝，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： (1) 采用滑移線理論對等徑角軋制變形行為進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在模具轉(zhuǎn)角處主要發(fā)生剪切變形；通道內(nèi)側(cè)倒角的存在使變形區(qū)寬化。 (2) 分析了等徑角軋制變形的基本規(guī)律。有限元模擬表明，隨著通道內(nèi)側(cè)倒角半徑、通道間隙和通道夾角的增加，剪切角減小，單道次等效應(yīng)變量降低，板材厚向變形不均勻程度增加。 (3) 研究了AZ31鎂合金板材等徑角軋制過程中微觀組織的演變規(guī)律，確定了工藝參數(shù)—

4、微觀組織—沖壓性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過對軋制道次、模具溫度、通道間隙、軋制路徑、板材預(yù)熱溫度及通道夾角等工藝參數(shù)的試驗研究發(fā)現(xiàn)，影響等徑角軋制板材顯微組織和沖壓性能的主要因素包括變形溫度、剪切模式、道次應(yīng)變量、累積應(yīng)變、道次間退火制度以及變形區(qū)域等。沿路徑A，隨著軋制道次的增加，晶粒取向逐漸由強(qiáng)烈的(0002)基面取向演變?yōu)閧1011}錐面取向，沿軋向的屈強(qiáng)比由0.889降低至0.332，應(yīng)變硬化指數(shù)由0.125增加到0.378，均勻延

5、伸率由11.2％增加到23.9％；隨著通道間隙和通道夾角的增加，錐面取向加強(qiáng)；板材的晶粒取向和形貌等與軋制路徑密切相關(guān)，而與模具溫度和板材預(yù)熱溫度的關(guān)系很小。 (4) 對AZ31鎂合金板材等徑角軋制工藝進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)有限元分析和試驗研究，采用通道夾角為115°和內(nèi)側(cè)倒角半徑為2mm的模具，優(yōu)化后的工藝如下：普通軋制壓下量約6％，通道間隙1.01，板材預(yù)熱350℃×3min，模具未預(yù)熱，單道次軋制。 (5) 對等徑角軋制

6、和普通軋制AZ31板材在退火過程中微觀組織和沖壓性能的演變規(guī)律和影響因素進(jìn)行了對比研究。結(jié)果表明，隨著退火時間的延長和退火溫度的升高，普通軋制和等徑角軋制板材中的孿晶消失，晶粒逐漸趨于均勻、等軸化并開始長大，各晶面的衍射峰強(qiáng)度值降低，但晶粒取向均未發(fā)生明顯改變。經(jīng)300℃×60min等溫退火處理后，兩種板材組織均為均勻等軸晶，平均晶粒度約為12μm，沿軋向的屈強(qiáng)比分別為0.654和0.441，應(yīng)變硬化指數(shù)分別為0.263和0.458，均

7、勻延伸率分別為21.6％和32.3％。 (6) 建立了AZ31鎂合金板材流變行為和沖壓性能與變形條件之間的對應(yīng)關(guān)系。對普通軋制和等徑角軋制板材的研究表明，在不同的變形溫度和應(yīng)變速率下，普通軋制板材沿軋向和橫向的流變行為趨于各向同性；對于等徑角軋制板材，隨著變形溫度的升高和拉伸速度的降低，沿軋向和橫向的流變行為差異減小，各向異性減弱。 (7) 根據(jù)Grosman模型，建立了與AZ31鎂合金板材沖壓性能參數(shù)密切相關(guān)的熱拉伸流

8、變應(yīng)力本構(gòu)方程，在變形溫度150～300℃，初始應(yīng)變速率1×10<'-4>s<'-1>～1×10<'-1>s<'-1>，應(yīng)變0.01～0.3的范圍內(nèi)，可準(zhǔn)確的預(yù)測板材的流變行為。 (8) 通過杯突試驗和拉深試驗對AZ31鎂合金板材室溫沖壓成形能力進(jìn)行了試驗，結(jié)果表明普通軋制板材的杯突值和拉深比分別僅為3.78mm和1.2，而等徑角軋制板材則分別可達(dá)6.21mm和1.6以上：對于等徑角軋制板材，采用圓角半徑為R8mm、直徑Ф30m

9、m的沖頭，室溫下成功沖壓出深度達(dá)16.8mm的AZ31鎂合金杯形件。 (9) 制定了合適的AZ31鎂合金板材熱拉深成形工藝。試驗表明，拉深溫度超過200℃后，等徑角軋制與普通軋制板材沖壓成形能力趨于相同：對于普通軋制板材，在210℃～240℃溫度范圍內(nèi)，凸模圓角半徑為8～12mm，凹模圓角半徑為6～10mm，壓邊間隙為1.10～1.17，石墨+機(jī)油潤滑，拉深速度小于90mm·min<'-1>的工藝條件下，板材的LDR可達(dá)2.2以