AZ31鎂合金鑄軋板材熱變形行為及其溫熱拉深工藝研究.pdf

1、傳統(tǒng)的鎂合金薄板主要采用熱軋和擠壓方法生產,其工藝流程長、成材率低、成本高、價格昂貴。因此,采用高效、短流程的鑄軋技術來生產高質量的鎂合金板坯成為未來鎂合金板材生產的一個主流。然而,目前還沒有對鎂合金鑄軋板塑性變形行為進行系統(tǒng)研究以及直接沖壓成形性能研究報道。為探索一條鑄軋鎂合金薄板直接沖壓成形的高效、短流程深加工道路,推進鎂合金工業(yè)發(fā)展,本文對鑄軋鎂合金鑄軋板的熱塑性成形進行了系統(tǒng)地試驗研究與理論分析,并進一步研究了其溫熱拉深工藝。<

2、br>　　 鑄軋板坯材料中存在高固相率且尺寸細小的半固態(tài)組織,其固相顆粒以網(wǎng)絡結構與聚合體形式存在,在高溫下變形且應變量超過臨界應變時,網(wǎng)絡結構與聚合體被打破,固相晶粒發(fā)生滑動、轉動和換位現(xiàn)象。本文針對這一特點,從金屬非晶的非牛頓流體粘塑性理論出發(fā),考慮半固態(tài)固相顆粒在變形中可以發(fā)生滑動、轉動和換位,運用混合法則,將鑄軋鎂合金中滑移、孿生變形結合起來,得到鑄軋鎂合金的半固態(tài)混合流變應力方程。該流變應力模型分為兩種情況,當Zener-H

3、ollomon參數(shù)Z小于臨界值Z0=1.54E11時,高溫下滑移是其主導變形機制；當Zener-Hollomon參數(shù)Z大于臨界值Z0=1.54E11時,即低溫下孿生成為主導變形機制。將J.J.Janas(滑移變形機制)經典模型、M.R.Barnett(低溫孿晶)應力模型和本模型進行比較,結果表明,在低Z值高溫區(qū),J.J.Janas經典模型出現(xiàn)較大的偏差,而本文新模型計算結果與實測結果符合得很好。在高Z值低溫區(qū),J.J.Janas經典模型

4、的計算值與實測值偏差進一步擴大,而M.R.Barnett孿晶應力模型和本文新模型都表現(xiàn)了很高的精度,本文新模型的精度略高于M.R.Barnett孿晶應力模型。這說明,半固態(tài)混合流變應力模型是合理的,更能反映鑄軋鎂合金的變形特點。
　　 針對僅根據(jù)材料熱加工圖來制定材料熱加工工藝參數(shù)得到的工藝籠統(tǒng)、不具體的問題,本文建立了熱加工圖、有效擴散系數(shù)變化圖、激活能與變形速率和變形溫度的三維變化圖,提出了綜合以上三種變化圖,進行材料熱加工

5、工藝最優(yōu)化的新型分析方法。利用該方法,得到的鑄軋鎂合金的最佳熱加工工藝參數(shù)如下:a)變形溫度568～603K,變形速率7×10-3～2×10-3 s-1之間,適合高溫蠕變成形。b)變形溫度583～613K,應變速率0.07～0.7s-1,適合鍛造、擠壓和軋制。c)變形溫度538～553K,應變速率0.001～0.002s-1之間,適合溫熱沖壓成形。本文的分析方法同樣適合其它金屬材料的熱加工工藝的制定。
　　 鎂合金在高溫下變形時

6、,動態(tài)再結晶容易產生,造成強烈的軟化現(xiàn)象,基于Fields-Backofen材料模型的拉深工藝壓邊力計算公式不再適用。本文在新流變應力模型的基礎上,采用能量法對鑄軋鎂合金板圓筒件拉深過程壓邊力公式進行推導,得到了適合鑄軋鎂合金的防皺最小壓邊力的工程計算方程。利用該方程計算的應力值在各個溫度段都與實測值符合得較好。另外,針對實際生產情況,采用三段式變壓邊力方法對鎂合金板料進行熱拉深證明,變壓邊力可以提高板料的極限拉深比。
　　 針

7、對AZ31B鑄軋鎂合金板材溫熱拉深性能差的問題,結合鎂合金動態(tài)與靜態(tài)再結晶動力學模型理論,提出了預變形溫熱拉深工藝。正交實驗發(fā)現(xiàn),該工藝中,預變形量成為拉深成形中的主要影響因素；得到最佳工藝參數(shù)為:沖頭速度45mm/min,預變形量16％,成形溫度220℃。對AZ31B鑄軋鎂合金板材在20～220℃進行預變形溫熱拉深實驗研究發(fā)現(xiàn):預變形使鑄軋鎂合金板材的拉深性能明顯改善,220℃成形可得到極限拉深比LDR=2.26的完整的圓筒件,而未經