AZ31鎂合金板料溫?zé)嶙冃涡袨榧皺C(jī)理研究.pdf

1、作為新型輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金具有比剛度、比強(qiáng)度高，阻尼減震性強(qiáng)，電磁屏蔽效果好及易于回收等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、3C產(chǎn)品中。由于鎂的密排六方結(jié)構(gòu)特性，室溫條件下滑移系少塑性差，鎂合金的成形和應(yīng)用受到很大的限制。但鎂合金資源豐富且具備巨大的應(yīng)用潛力，因而近年來一直是國內(nèi)外材料界研究的熱點(diǎn)，其變形機(jī)理和成形工藝的研究不斷有所突破。
　　鎂合金板料溫?zé)岢尚涡阅芊矫娴难芯窟€有待于完善，特別是溫?zé)釛l件下鎂合金板料流變力學(xué)行為

2、和成形性能預(yù)測的研究還不成熟。目前用于描述鎂合金流變力學(xué)行為的材料模型大多較為簡單，且忽略溫度和應(yīng)變速率的耦合影響，而其參數(shù)識(shí)別常依靠直接法獲得。關(guān)于鎂合金成形極限圖(Forming Limit Diagrams，F(xiàn)LDs)的研究，大多通過實(shí)驗(yàn)獲得，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力、對設(shè)備和人的操作能力有很高的要求，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以直接用于應(yīng)用研究。而結(jié)合有限元數(shù)值模擬進(jìn)行FLD的研究具有很大的應(yīng)用前景。該方法可以充分考慮加載路徑、本構(gòu)方程等因素的影響，但

3、目前基于預(yù)測模型獲得FLDs的研究較少。在鎂合金溫?zé)岢尚喂に嚪矫?，因其室溫塑性差，鎂合金一般選擇在高溫和低應(yīng)變速率條件下成形，因此也限制了鎂合金的應(yīng)用推廣。研究發(fā)現(xiàn)只要工藝參數(shù)合適，鎂合金在高應(yīng)變速率下同樣具有良好的成形性能，但其成形工藝和塑性成形機(jī)理還不完善。最新研究表明，在脈沖電流的輔助下，室溫下鎂合金也表現(xiàn)出良好的成形性能，但鎂合金電塑性成形工藝參數(shù)影響及其電塑性成形機(jī)理研究較少。
　　本文以AZ31鎂合金板料為研究對象，對

4、其溫?zé)嶙冃涡袨楹碗娝苄猿尚螜C(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文主要完成的內(nèi)容和所得的結(jié)論如下:
　　(1)基于不同溫度、應(yīng)變速率下的AZ31鎂合金板料單向拉伸實(shí)驗(yàn)，利用參數(shù)優(yōu)化分析法獲得了不同類型本構(gòu)方程的方程參數(shù)，其中包括指數(shù)型（Ludwick方程）、飽和型（Voce方程）和混合型（H-V方程）三個(gè)本構(gòu)方程，構(gòu)建了耦合溫度和應(yīng)變速度影響的描述AZ31鎂合金流變力學(xué)行為的材料本構(gòu)方程。通過對比預(yù)測結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在不同應(yīng)變速率下三個(gè)本構(gòu)方

5、程均能合理地描述鎂合金的流變力學(xué)行為。
　　(2)基于有限元M-K成形極限預(yù)測模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用逆向識(shí)別方法獲得了有限元M-K模型的初始缺陷值f0。通過編寫的Uhard材料子程序?qū)⑶笆鰳?gòu)建的材料流動(dòng)方程導(dǎo)入有限元M-K模型，獲得了AZ31鎂合金板料的成形極限圖。通過與實(shí)驗(yàn)值對比，研究了相關(guān)參數(shù)對有限元M-K模型預(yù)測AZ31鎂合金板料成形極限結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明，初始缺陷值f0對M-K模型成形極限預(yù)測至關(guān)重要。由于不同的硬化發(fā)

6、展趨勢，各個(gè)本構(gòu)方程在M-K模型中預(yù)測成形極限作用不同。合理的選擇本構(gòu)方程及其參數(shù)、正確定義初始缺陷值f0是有限元M-K模型獲得準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)果的必要條件。
　　(3)利用正交實(shí)驗(yàn)法研究了在曲柄壓力機(jī)上AZ31鎂合金板料筒形件拉深時(shí)溫度、凸凹模圓角半徑和凸凹模間隙等對拉深件成形質(zhì)量的影響，用極差分析方法進(jìn)行分析，確定了AZ31鎂合金板料拉深成形的工藝參數(shù)，即成形溫度范圍240-300℃，凸模圓角半徑為8mm，凸凹模間隙為1.1t（t為

7、板料厚度），潤滑劑為肥皂液。針對上述結(jié)果，選用ME20和ZE10兩種鎂合金板進(jìn)行拉深成形，調(diào)整溫度范圍均能完好拉深成形。利用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射和掃描電鏡等設(shè)備分析了拉深件金相組織和斷口形貌，研究了快速拉深成形過程中鎂合金板料的塑性成形機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，拉深變形時(shí)鎂合金迅速發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，使得晶粒細(xì)化，基面織構(gòu)強(qiáng)度降低，因而鎂合金塑性得到提高。
　　(4)通過AZ31鎂合金板料電塑性單向拉伸實(shí)驗(yàn)，研究了鎂合金電塑性成形效果的影響因

8、素，確定出溫度和電壓是影響AZ31鎂合金板料電塑性成形性能兩個(gè)最主要的因素。溫度和電壓越高，電塑性效應(yīng)越強(qiáng)。同時(shí)，隨著溫度和電壓的升高，拉伸試件的極限強(qiáng)度不斷降低，但伸長率變化不大。結(jié)合顯微組織觀察和斷口形貌分析，研究了鎂合金的電塑性成形機(jī)理。結(jié)果表明，脈沖電流促進(jìn)了AZ31鎂合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生，但同時(shí)能夠促進(jìn)第二相粒子的析出和固溶，對AZ31鎂合金的性能產(chǎn)生不同的影響。高電壓帶來的高電塑性效應(yīng)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒長大，降低了鎂合金的成