預(yù)變形對(duì)鎂合金板材沖壓性能影響機(jī)理的研究.pdf

1、鎂合金作為最輕的商業(yè)金屬結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子通信等領(lǐng)域。然而由于鎂合金密排六方的晶體結(jié)構(gòu)，其室溫下的滑移系很少，導(dǎo)致其塑性變形能力很差。傳統(tǒng)的擠壓和軋制鎂合金板材具有很強(qiáng)的基面織構(gòu)，導(dǎo)致其具有很強(qiáng)的各向異性，限制了鎂合金板材的廣泛使用。本文從改善商業(yè)鎂合金板材組織結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能及成型性能的角度出發(fā)，首先利用晶體塑性有限元模擬了鎂合金板材在拉伸和壓縮過(guò)程中基面織構(gòu)的演變，基于模擬結(jié)果，分別采用室溫大變形預(yù)拉伸和

2、預(yù)壓縮工藝來(lái)改善鎂合金板材的組織，研究了變形后及退火后鎂合金板材的組織轉(zhuǎn)變、織構(gòu)演變、力學(xué)性能及成型性能。最后，通過(guò)三種理論模型對(duì)比計(jì)算了鎂合金板材室溫下的成型極限圖以及 n值和r值對(duì)成型極限的影響。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　?、偻ㄟ^(guò)晶體塑性有限元模型，模擬了AZ31B鎂合金板材在拉伸和壓縮過(guò)程中織構(gòu)的轉(zhuǎn)變，以及不同的變形方向?qū)棙?gòu)偏轉(zhuǎn)的影響。拉伸變形處理后的板材基面織構(gòu)增強(qiáng)，但是其分布更為發(fā)散。拉伸板材的基面織構(gòu)沿著與預(yù)拉伸方

3、向垂直的方向呈橢圓形分布，且沿該方向其分布更為發(fā)散。沿 TD方向預(yù)壓縮變形使其晶粒的 c軸向 TD方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致基面織構(gòu)強(qiáng)度降低，以及沿 TD方向織構(gòu)的增強(qiáng)。預(yù)壓縮板材晶粒的 c軸總是平行于預(yù)壓縮的方向，導(dǎo)致平行于預(yù)壓縮方向基面織構(gòu)強(qiáng)度的增強(qiáng)。
　?、诓捎檬覝卮笞冃瘟款A(yù)拉伸及再結(jié)晶退火可以有效提高擠壓 AZ31B鎂合金板材的成型性能。經(jīng)過(guò)350°C1h退火后板材的基面織構(gòu)強(qiáng)度明顯降低，基面織構(gòu)由 ND方向朝 ED方向偏轉(zhuǎn)，且分

4、布更加彌散。隨著預(yù)拉伸變形量的增加，處理后板材的成型性能逐漸提高，屈服強(qiáng)度、塑性應(yīng)變比 r值降低，應(yīng)變硬化指數(shù) n值增大，其Erichsen值為5.6mm，相對(duì)于原始板材的2.5mm提高了～124％。
　?、鄯謩e沿 ED、45°和TD方向?qū)D壓 AZ31B鎂合金板材進(jìn)行室溫大變形預(yù)拉伸及再結(jié)晶退火，研究了預(yù)拉伸方向?qū)Π宀牧W(xué)性能及成型性能的影響。經(jīng)過(guò)三種不同方向預(yù)拉伸的板材，其基面織構(gòu)強(qiáng)度均得以弱化，但是偏轉(zhuǎn)方向均垂直于板材預(yù)拉伸

5、的方向，板材沿垂直于預(yù)拉伸方向的力學(xué)性能得到明顯改善，即y沿該方向具有較低的屈服強(qiáng)度、r值以及較高的 n值，同時(shí)沿預(yù)拉伸方向的力學(xué)性能降低不明顯。
　?、懿捎妙A(yù)拉伸速度分別為0.3，3，30，120 mm/min，在準(zhǔn)靜態(tài)范圍內(nèi)研究了預(yù)拉伸速度對(duì)再結(jié)晶退火后 AZ31B鎂合金板材成型性能的影響。隨著應(yīng)變速度的提高，退火后板材的成型性能逐漸提高，當(dāng)拉伸速度為30 mm/min時(shí)，預(yù)拉伸板材的 Erichsen值達(dá)到最大值為5.4mm

6、，隨著應(yīng)變速度的繼續(xù)增大，成型性能呈降低趨勢(shì)。
　?、莶捎檬覝仡A(yù)壓縮及退火工藝(PCA)改善1.0mm厚 AZ31B鎂合金薄板成型性能，并研究了其在變形及退火過(guò)程中的組織演變及力學(xué)性能的變化。沿 TD方向預(yù)壓縮及退火后，由于拉伸孿晶及靜態(tài)再結(jié)晶的緣故，晶粒的 c軸∥TD方向，使 PCA板材的基面滑移、滑移和拉伸孿晶變得更加容易，使其具有較低的屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比，較高的 n值和較低的 r值，PCA板材的 Erichsen值也

7、由原始的2.35mm提高到4.55mm，提高了～94%。同時(shí)，當(dāng)預(yù)壓縮變形量超過(guò)4.8%時(shí)，鎂合金板材成型性能的改善不再明顯。
　　⑥分別沿 RD、45°和TD方向?qū)?AZ31B鎂合金板材進(jìn)行相同變形量的預(yù)壓縮，研究了預(yù)壓縮方向?qū)︽V合金板材組織及力學(xué)性能的影響。通過(guò)對(duì)比三種不同壓縮方向?qū)︽V合金板材組織、力學(xué)性能及成型性能的影響研究發(fā)現(xiàn)，PCA板材晶粒的 c軸由 ND方向偏向于預(yù)壓縮的方向，同時(shí)沿 RD及 TD方向預(yù)壓縮可以明顯改善

8、該方向及45°方向的性能，而沿45°方向預(yù)壓縮只能改善 RD和TD方向的性能，此外，沿垂直于板材基面織構(gòu)發(fā)散的方向進(jìn)行預(yù)壓縮可以最大程度的改善鎂合金板材的成型性能。
　?、卟捎?50°C2h和450°C1h的退火工藝研究了去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火對(duì)鎂合金板材組織及力學(xué)性能的影響。通過(guò)對(duì)比去應(yīng)力退火與再結(jié)晶退火后預(yù)壓縮板材組織、力學(xué)性能及成型性能可以發(fā)現(xiàn)，兩種退火方式都可以弱化鎂合金板材的基面織構(gòu)，使其晶粒發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以降低鎂合金板材

9、的屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比以及塑性應(yīng)變比，提高其應(yīng)變硬化指數(shù)，但是保留拉伸孿晶的去應(yīng)力退火對(duì)鎂合金薄板的成型性能改善不大，而再結(jié)晶退火可以顯著改善其成型性能，去應(yīng)力退火板材與再結(jié)晶退火板材的 Erichsen值分別為2.57mm和5.28mm，分別提高了～9%和～125％。
　?、嘌芯苛?50°C下預(yù)壓縮及退火對(duì)鎂合金板材組織及力學(xué)性能的影響。通過(guò)150°C沿TD方向的預(yù)壓縮及退火處理后的板材，PCA板材晶粒的c軸平行于TD方向，基面織構(gòu)

10、弱化，并且沿 TD方向出現(xiàn)峰值，同時(shí)具有其較小的屈服強(qiáng)度、屈強(qiáng)比以及 r值和較大的 n值，PCA板材的 Erichsen值由原始的2.35mm提高到了5.28mm，提高了近125%。
　　⑨分別基于M-K理論、Swift分散性失穩(wěn)理論和Hill集中性失穩(wěn)理論計(jì)算了AZ31B鎂合金板材在室溫下的成型極限圖(FLD)。采用合理的力學(xué)性能參數(shù)，基于 M-K模型的 FLD可以很好的預(yù)測(cè)鎂合金板材在雙向拉伸狀態(tài)下的成型極限，基于Swift分