AZ31鎂合金鑄軋板材熱變形行為及其溫?zé)崂罟に囇芯?pdf

1、傳統(tǒng)的鎂合金薄板主要采用熱軋和擠壓方法生產(chǎn),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(shù)來生產(chǎn)高質(zhì)量的鎂合金板坯成為未來鎂合金板材生產(chǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了系統(tǒng)地試驗(yàn)研究與理論分析,并進(jìn)一步研究了其溫?zé)崂罟に嚒?

2、br>　　 鑄軋板坯材料中存在高固相率且尺寸細(xì)小的半固態(tài)組織,其固相顆粒以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與聚合體形式存在,在高溫下變形且應(yīng)變量超過臨界應(yīng)變時,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與聚合體被打破,固相晶粒發(fā)生滑動、轉(zhuǎn)動和換位現(xiàn)象。本文針對這一特點(diǎn),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(zhuǎn)動和換位,運(yùn)用混合法則,將鑄軋鎂合金中滑移、孿生變形結(jié)合起來,得到鑄軋鎂合金的半固態(tài)混合流變應(yīng)力方程。該流變應(yīng)力模型分為兩種情況,當(dāng)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(dǎo)變形機(jī)制；當(dāng)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(dǎo)變形機(jī)制。將J.J.Janas(滑移變形機(jī)制)經(jīng)典模型、M.R.Barnett(低溫孿晶)應(yīng)力模型和本模型進(jìn)行比較,結(jié)果表明,在低Z值高溫區(qū),J.J.Janas經(jīng)典模型出現(xiàn)較大的偏差,而本文新模型計算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果符合得很好。在高Z值低溫區(qū),J.J.Janas經(jīng)典模型

4、的計算值與實(shí)測值偏差進(jìn)一步擴(kuò)大,而M.R.Barnett孿晶應(yīng)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(yīng)力模型。這說明,半固態(tài)混合流變應(yīng)力模型是合理的,更能反映鑄軋鎂合金的變形特點(diǎn)。
　　 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(kuò)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(jìn)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(yīng)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(yīng)變速率0.001～0.002s-1之間,適合溫?zé)釠_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(jié)晶容易產(chǎn)生,造成強(qiáng)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(yīng)力模型的基礎(chǔ)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(jìn)行推導(dǎo),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(yīng)力值在各個溫度段都與實(shí)測值符合得較好。另外,針對實(shí)際生產(chǎn)情況,采用三段式變壓邊力方法對鎂合金板料進(jìn)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?zé)崂钚阅懿畹膯栴},結(jié)合鎂合金動態(tài)與靜態(tài)再結(jié)晶動力學(xué)模型理論,提出了預(yù)變形溫?zé)崂罟に?。正交?shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該工藝中,預(yù)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(yù)變形量16％,成形溫度220℃。對AZ31B鑄軋鎂合金板材在20～220℃進(jìn)行預(yù)變形溫?zé)崂顚?shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):預(yù)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(jīng)