AZ31鎂合金板材等徑角軋制及沖壓性能研究.pdf

1、作為最輕的金屬結構材料，鎂合金被譽為是“21世紀最具發(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)異的綜合性能表現出極其廣闊的應用前景，高性能變形鎂合金板材的研制已成為當今材料領域的研究熱點，而實現鎂合金板材的低溫乃至室溫、高速成形成為擴大其應用的關鍵。但常規(guī)板材制備工藝所形成的強烈的基面織構嚴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行深入研究的基礎上開發(fā)板材成形新技術，是促進變形鎂合金可持續(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，以實現低溫乃至室溫、高速沖壓成形為目標，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合，利用軋制變形產生的摩擦力，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)律和機理進行研究，探索影響其變形機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，主要研究內容和結果如下： (1) 采用滑移線理論對等徑角軋制變形行為進行了分析。結果表明，在模具轉角處主要發(fā)生剪切變形；通道內側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，隨著通道內側倒角半徑、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—

4、微觀組織—沖壓性能之間的內在聯(lián)系。通過對軋制道次、模具溫度、通道間隙、軋制路徑、板材預熱溫度及通道夾角等工藝參數的試驗研究發(fā)現，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、道次應變量、累積應變、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，晶粒取向逐漸由強烈的(0002)基面取向演變?yōu)閧1011}錐面取向，沿軋向的屈強比由0.889降低至0.332，應變硬化指數由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；板材的晶粒取向和形貌等與軋制路徑密切相關，而與模具溫度和板材預熱溫度的關系很小。 (4) 對AZ31鎂合金板材等徑角軋制工藝進行了優(yōu)化。根據有限元分析和試驗研究，采用通道夾角為115°和內側倒角半徑為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，板材預熱350℃×3min，模具未預熱，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)律和影響因素進行了對比研究。結果表明，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，各晶面的衍射峰強度值降低，但晶粒取向均未發(fā)生明顯改變。經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，沿軋向的屈強比分別為0.654和0.441，應變硬化指數分別為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關系。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Grosman模型，建立了與AZ31鎂合金板材沖壓性能參數密切相關的熱拉伸流

8、變應力本構方程，在變形溫度150～300℃，初始應變速率1×10<'-4>s<'-1>～1×10<'-1>s<'-1>，應變0.01～0.3的范圍內，可準確的預測板材的流變行為。 (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行了試驗，結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，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+機油潤滑，拉深速度小于90mm·min<'-1>的工藝條件下，板材的LDR可達2.2以