AZ31镁合金铸轧板材热拉深工艺研究
镁合金AZ31B板材热拉深成形工艺参数优化
(1. 哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院 , 哈尔滨 150040 ; 2. 上海交通大学 轻合金精密成型国家工程中心 , 上海 200030)
①
不同压边力和不同拉深速度下 , 针对厚度为 0. 8 mm 的 A Z31B 镁合金板材的成形性能用 摘 要 : 在不同温度 、 有限元分析软件进行模拟与分析 。 在 25～220 ℃ 的温度范围内 , 采用直径为 140 mm 的坯料进行冲压成形 , 研究 成形温度 、 拉深速度以及压边力对 A Z31B 镁合金板成形性能的影响 。 结果表明 : 成形温度为 200 ℃ 时的极限拉深 比达到了 2. 8 ; 成形温度在 200 ℃ 以下时 , 随着成形温度的升高 , 镁合金板材的成形性能越来越好 , 这证明 A Z31B 镁合金具有良好的热拉深性能 ; 此外 , 拉深速度和压边力对 A Z31B 镁合金的拉深成形也有重要影响 。
图1 有限元计算模型
Fig. 1 Calculatio n model of finite element
板料塑性成形中主要的质量问题是开裂和起皱 两大类缺陷 。 开裂本质是拉伸失稳现象 , 而起皱本 质是板料压缩不稳定现象 [ 15 ] 。 本文将采用动态显 式弹塑性有限元分析软件进行模拟及分析 , 对镁合 金板材的热拉深工艺进行计算机模拟 , 通过成形温 度、 冲压速度及压边力着重对起皱 、 破裂等缺陷进 行预测 , 以实现相关工艺参数的优化 。
( 4) ( 5) ( 6)
图2 镁合金板材极限拉深比随温度的变化
使用指数应变强化模型 , 其等效应力 — 应变关 系为 n σ = K( ε ( 7) 0 +ε p) σ为应力 ; K 为强化系数 ; ε 式中 0 为初始屈服应 力的应变 ; ε 为塑性应变 ; n 硬化指数 。 p 根据 Barlat 和 Lian 准则 , 任意角度的宽度与 厚度应变比计算如下 : m σ 2m s ( 8) R< = - 1 5< 5< σ + < σ σ 5 5 x y σ 式中 < 为 < 角度方向上的单轴拉伸应力 , 式 ( 7 ) 可用于迭代计算 p 值 。 对于面心立方结构 ( fcc ) 的材料 , 推荐 m = 8 ; 对于体心立方结构 ( bcc ) 的材料 , 推荐 m = 6 。 镁合 金是密排六方结构 , 对于有限元分析软件来说 m 为 默认值 8 。 在冲压成形中材料塑性流动的计算依赖 于材料的屈服准则和塑性流动准则 , 所以 , 材料本 构关系的合理性及有关计算的准确性 , 是直接影响 冲压成 形 过 程 计 算 结 果 可 靠 性 的 最 重 要 因 素 之 一
粗晶粒铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能
难直接通过晶界滑移来实现超塑性。研究发现 ， 大晶粒合金的变形组织呈现出一定的晶粒细化效果。 这 是 由于在 变形过 程 中 ， 位错 不断 产生 和运动 形成 位错 网或胞 状组 织 ， 后形 成不稳 定 的亚 晶粒 。亚 晶 最 粒吸收晶内运动的位错而转变成小角度晶界 ， 甚至大角度晶界 ， 最终使晶粒得到细化。
第５ 期
聂保 新 ， ： 晶粒铸轧 Ａ ３ 镁 合金 的 高温拉 伸性 能 等 粗 Ｚ１
３ ０ ００ ％ ， （ ）＝０ ３ ００ ％ ， （ ｎ ．６ ０ ｍｎ ． ０ ０ Ｚ ）＝１０ ００ ％ ， （ ｉ ０ ０ ０８ ％ ， Ｃ ）＝ ．０ ０ ， ． ５ ０ Ｎ ）＝ ． ０ ８ 加（ ｕ ０ ０ ２６ ％
延伸率 １６７ ０．％。拉伸 试样 断 口形貌 的分析表 明， ０ｏ时 出现丝状物质是合金 出现液态 ｚ ４ ５ Ｃ ｎ的结果 。少量的
液相可 以释 放应力集 中和协调 此时的变形过 程。与细晶粒铸轧 态 Ａ ３ 相 比， Ｚ１ 在拉伸 条件 相 同和 晶粒尺寸不
同的情况下 ， 晶粒的 塑形较低 ， 原因是 晶界 滑移在 变形 时所作贡献 少。 粗 其
关键 词 ： 铸轧态Ａ ３ ； Ｚ １高温拉伸性能； 粗晶粒； 超塑性
中图分类 号 ：Ｇ４．２Ｔ ３９ 文献 标识 码 ： 文 章编 号 ：６４１ ８２１）５１ ０ ５ Ｔ １６２：Ｇ５ Ａ １７． ４ （０１０４ ７－ ０ ４ ０
镁合金是 目前最轻的金属结构材料 ， 密度 １７ — １８ ／ｍ ， ．４ ．５ｇｃ 比铝合金约低 ３ ％ ， ６ 比锌合金约低 ７％ ， ３ 约为钢铁的 ２ ％ ， ４ 具有 比强度和比刚度高、 机加工性能和热成形性能优 良、 回收和储量丰富等 易 优点 ， 被称为“ １ ２ 世纪绿色结构材料” 引。Ａ ３ 镁合金具有 中等强度 、 ¨ Ｚ１ 较高的耐腐蚀性能和较好 的塑 性加工性能 ， 是有着广泛应用前景的工业用变形合金 。
az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为 金属所
az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为金属所az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为[序号一] 引言az31镁合金是一种常见的镁合金材料，具有低密度、高比强度和良好的抗腐蚀性能，因而在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
然而，在高温条件下，az31镁合金的力学性能容易发生变化，尤其是在高温拉伸过程中，动态再结晶行为对材料的性能具有重要影响。
[序号二] az31镁合金的高温拉伸性能及动态再结晶行为在高温拉伸过程中，az31镁合金的晶粒会出现较大程度的变形和织构演变，同时还会发生动态再结晶现象。
这种动态再结晶行为对材料的力学性能和微观组织特征都会产生显著影响。
研究表明，在高温拉伸条件下，az31镁合金的晶粒尺寸会发生显著变化，少量低角度晶界和次晶粒将会形成，这对材料的强度和塑性均产生重要影响。
[序号三] 动态再结晶行为对材料性能的影响动态再结晶行为对az31镁合金的力学性能产生的影响是复杂的。
动态再结晶有助于减轻材料的织构，提高材料的延展性和韧性；另动态再结晶还可能引起材料中局部组织特征的变化，降低其强度和耐磨性。
对az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为进行深入研究，有助于更好地理解和控制该材料的力学性能。
[序号四] 我的观点和理解在我看来，az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为是一个复杂而值得深入研究的课题。
通过对其动态再结晶行为进行深入了解，可以为其力学性能的调控和优化提供重要参考。
我相信随着科研水平的提高和技术手段的不断完善，对az31镁合金在高温拉伸中动态再结晶行为的研究将会取得更加丰硕的成果，为该材料在工程领域的应用带来更大的发展空间。
[序号五] 总结az31镁合金在高温拉伸中的动态再结晶行为是一个复杂而值得深入研究的课题。
了解其动态再结晶行为对于优化材料的力学性能具有重要意义，也有助于推动该材料在航空航天、汽车制造等领域的应用。
我对这一课题的研究充满信心，相信在不久的将来必将取得更加显著的成果。
AZ31镁合金板材的限制性模压工艺研究中期报告
AZ31镁合金板材的限制性模压工艺研究中期报告
中期报告：AZ31镁合金板材的限制性模压工艺研究
研究背景：AZ31镁合金是一种具有良好可加工性和高强度的轻质材料，被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。
其中，板材常用于结构件的制造，而限制性模压（SPM）工艺是一种替代传统冷轧加工的新技术，能够实现高效率的材料成形。
研究目的：探究AZ31镁合金板材限制性模压工艺的可行性，并优化工艺参数。
研究内容：
1.实验设计
选取板材厚度、阳极氧化层厚度、模具间隙、模具温度等因素进行组合实验设计，通过统计分析得到主要因素和交互作用。
2.材料制备
采用真空电弧熔炼-铸态轧制-热轧制备AZ31镁合金板材，取样制备阳极氧化层。
3.限制性模压加工
采用硬合金模具进行模压加工，记录压力、温度等参数，得到板材的力学性能和表面质量。
研究进展：
1.实验结果分析
通过方差分析（ANOVA）得出最优组合方案为板材厚度为1mm、阳极氧化层厚度为10μm、模具间隙为0.05mm、模具温度为160℃，对应材料的屈服强度和延伸率分别为174MPa和17.5%。
2.优化参数探究
根据实验结果，进行模具温度与间隙的交互作用分析，确定最佳阈值为模具温度为150℃，间隙为0.1mm。
3.力学性能评估
采用拉伸试验和显微组织观察等方法，评估板材的力学性能和表面质量，发现其较高的屈服强度和延伸率在实际应用中能够获得更好的机械性能。
结论与展望：
AZ31镁合金板材的限制性模压工艺是可行的，并且在适当的参数范围内能够得到优化的力学性能和表面质量。
未来，需要进一步探究工艺的稳定性和应用范围，以及材料的微观组织与力学性能之间的关系。
AZ31镁合金多道次热轧工艺及组织性能研究
硕士学位论文AZ31镁合金多道次热轧工艺及组织性能研究STUDY ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF AZ31 Mg ALLOY MULTI-PASS HOT ROLLING PROCESS付莉杰哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TG146.2 学校代码：10213 国际图书分类号：621.98 密级：公开工学硕士学位论文AZ31镁合金多道次热轧工艺及组织性能研究硕士研究生：付莉杰导师：刘祖岩教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TG146.2U.D.C: 621.98Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY ON MICROSTRUCTURE ANDMECHANICAL PROPERTIES OFAZ31 Mg ALLOY MULTI-PASS HOTROLLING PROCESSCandidate：Fu LijieSupervisor：Prof. Liu ZuyanAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Materials Processing Engineering Affiliation：School of Material Science andEngineeringDate of Defence：July, 2013Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要镁合金以其轻质的特点广泛应用于汽车、电子、航空航天等领域；变形镁合金可通过塑性变形获得综合性能良好的成品，轧制技术是生产镁合金板材一种常用的方法，但现阶段的轧制工艺普遍存在轧制道次多，单道次变形量小，生产效率低的问题，大大限制了镁合金的发展，所以，研究高性能镁合金轧制技术对于推动镁合金的发展具有重要意义。
铸态AZ31镁合金板材等温轧制工艺及组织性能研究
铸态AZ31镁合金板材等温轧制工艺及组织性能研究王欣;杨闯;胡连喜【摘要】为研究铸态AZ31镁合金轧制工艺及轧制后组织性能,通过试验得到不同道次和变形量对铸态AZ31镁合金板材显微组织和力学性能的影响规律,并采用扫描电子显微镜研究了轧制后板材组织.结果表明,铸态AZ31镁合金板材经等温4道次、等变形量轧制后,板材厚度由20mm变化到4.8 mm,抗拉强度和屈服强度分别达到275 MPa和187 MPa,延伸率为32%,板材性能方向性小.研究表明,AZ31镁合金板材力学性能既受到平均晶粒尺寸影响,也受到晶粒取向制约.铸态AZ31镁合金板材采用等温4道次、等变形量轧制工艺,能够获得性能优异的轧制板材.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2011(019)002【总页数】4页(P34-37)【关键词】AZ31镁合金;轧制;力学性能【作者】王欣;杨闯;胡连喜【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨150001;黑龙江工程学院,材料与化学工程系,哈尔滨150050;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TG335.5镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、抗震及减震能力强、电磁屏蔽效果优异以及易回收等一系列优点，在电子、电器、汽车、交通、航空、航天、医药材料等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为21世纪最具发展前途的金属结构材料［1－2］.但镁合金的室温塑性低，且与其他广泛使用的材料相比，强度比较低，这与其室温滑移系少，塑性变形能力差有关.大量研究表明［3－8］，像热轧这种塑性变形方式可以有效细化晶粒，进而改变镁合金机械性能.为了提高镁合金的机械性能，优化轧制工艺参数是必不可少的，其中，非常重要的是轧制道次和变形量.Kim［9］等的研究表明，上下轧辊的速度比对提高镁合金板材的机械性能很有帮助.利用塑性变形方式提高镁合金机械性能主要是细化晶粒，而通过其他方法同样可以获得超细的镁合金晶粒以提高其力学性能，如粉末冶金［10］、快速凝固［11］以及侧向挤压［12］等方法，但对于大尺寸材料，这些方法稍显不足.本文实验研究了轧制条件下，不同轧制道次和变形量对铸态AZ31镁合金板材晶粒细化效果以及力学性能影响.本实验采用的铸态AZ31镁合金是从半连续铸锭切割下的坯料，坯料尺寸为20 mm(厚)× 140 mm(宽)×200 m(长).坯料的组织由粗大的铸造晶粒组成，平均晶粒尺寸约为350 μm.轧制试验在3150 kN压力机上进行.实验用铸态AZ31镁合金的化学成分见表1，其力学性能见表2.第1道次实验对20 mm厚铸态AZ31镁合金板材坯料进行轧制，轧制温度为400℃，轧制速度为5 m/min，分别对板材坯料进行变形程度为20%，30%，40%，50%的轧制，具体方案见表3.第2道次实验同样是400℃等温轧制，只是坯料选取第1道次轧下量为30%的14 mm厚板坯，轧制速度为5 m/min，分别进行变形程度为20%，30%，40%，50%的轧制，具体方案见表3.在上述实验研究基础上，本文制定了铸态AZ31镁合金板材坯料4道次轧制工艺.其中第1、2道次为400℃等温轧制，第3、4道次为300℃等温轧制，变形程度同为30%，具体方案见表4.对不同工艺等温轧制AZ31镁合金板材取金相试样，金相组织分析在奥林巴斯GX71金相显微镜上进行，晶粒尺寸计算由光学显微镜通过线性插值法测定.采用Instron5569拉伸试验机对轧制后AZ31镁合金板材的室温力学性能进行测试，拉伸试验的应变速率为1×10－3s－1，拉伸试样尺寸如图1所示.图2所示为第1道次、不同变形量轧制后金相组织照片.从图2可以看出，随着变形程度增大，细小晶粒越来越多，粗大晶粒越来越少，平均晶粒尺寸随着变形量的增加逐渐增大.但晶粒大小的不均匀普遍存在，基本上还是混晶组织.这是由于在等温轧制过程中发生了动态再结晶，基本上消除了原始铸态组织形态.产生动态再结晶的原因是由于镁的层错能较低，与面心立方结构的金属相比滑移系较少，且镁合金的晶界扩散速度较高.图3所示为第2道次不同变形程度400℃等温轧制后 AZ31镁合金的金相组织，变形量为20%，30%，40%，50%，原始坯料选取第1道次轧下量为30%的14 mm板坯，但由于40%和50%轧下量板材破裂严重，无法进行力学性能测试，故第2道次仅选择20%和30%轧制变形量的板材进行组织分析.由图3可以看出，随着轧制变形量的进一步加大，晶粒大小并没有太多变化，只是晶粒尺寸逐渐变得均匀，平均晶粒尺寸大约在20 μm.由于第2道次大变形量轧制情况下板材破裂严重，因此，接下来通过降低轧制温度，即300℃的等温轧制，坯料采用第2道次30%变形量的板材，厚度为9.8 mm，进行变形量为30%共2道次轧制，即第3和第4道次轧制，结果如图4所示。
AZ31B镁合金热拉伸流变应力研究
２１００１６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｎ ＡＺ３１Ｂ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｓｈｅｅｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ
ห้องสมุดไป่ตู้
ｍａｃｈｉｎｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ
文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—２０１２（２００９）０１—０１６７—０６
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｆｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ＡＺ３１Ｂ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ－ｌａｉ ＸＩＡＯ Ｆｕ－ｇｕｉ ＧＵＯ Ｈａｉ－ｌｉｎｇ ＨＵ Ｙｏｎｇ－ｘｕｅ
图５和图６ａ分别是挤压薄板和热轧／冷轧薄板 的应力一应变曲线。大挤压比制备的和通过半连铸板 坯热轧后再冷轧的薄板微观组织中晶粒尺寸都约为 ５弘ｍ～１２．５Ｆｍ，由于加工方式的不同，它们的流变 应力峰值有很大区别，如１５０℃，１．０×１０１／８叫下 挤压薄板的流变应力为１８０ＭＰａ，而热轧／冷轧的薄 板为１３５ＭＰａ；当温度大于３５０℃时，其流变应力峰 值都接近３０ＭＰａ，当温度达到４００℃时，则其峰值流
薄板的性能好坏往往决定于合金的组织和其制 备工艺等因素。本文主要探讨挤压方法和板坯＋热 轧或冷轧方法，生产不同用途的镁合金薄板组织和 热拉伸性能。实验采用的工业半连铸ＡＺ３１Ｂ镁合金 棒材经高温４２０℃，２４ｈ均匀化退火后，通过热挤压 方法挤压出１．０ｍｍ×２００ｒａｍ的薄板，再经两辊轧 机矫直供实验用，其晶粒均匀分布，尺寸为５ｐｍ～ １２．５肛ｍ，微观组织见图２。文献［１７］认为，在生产 镁合金挤压薄板时一定要考虑挤压比、棒材和挤压 筒温度、挤压速度等因素，这些是获得均匀等轴晶 组织、避免出现混晶组织及长板条状组织的保证。 因为，当挤压比小和挤压温度较低时，由于变形不 均匀，形成晶粒大小不一的混晶组织；当挤压温度 较低时，板的中心部分容易出现未完全再结晶组织。
AZ31镁合金非等温拉深性能的研究
AZ31镁合金非等温拉深性能的研究
尹德良;张凯锋;吴德忠
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2004(012)001
【摘要】针对AZ31镁合金等温拉深性能差的问题,提出了AZ31镁合金的非等温拉深工艺.通过平底杯形冲头拉深试验研究了不同冲头温度和板料温度对AZ31镁合金非等温拉深性能的影响,确定了使AZ31镁合金具有最佳拉深性能的板料和冲头温度范围.实验结果表明,除了板料和冲头温度之外,拉深速度和润滑条件对AZ31镁合金的非等温拉深性能也有重要影响.
【总页数】5页(P87-90,94)
【作者】尹德良;张凯锋;吴德忠
【作者单位】哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,材料科学与工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TG306
【相关文献】
1.铸态AZ31镁合金板材等温轧制工艺及组织性能研究 [J], 王欣;杨闯;胡连喜
2.非回转对称拉深变形规律的研究——薄板矩形盒形件拉深的形状特性 [J], 鄂大辛
3.AZ31镁合金板温拉深流变应力行为研究 [J], 咸奎峰;张辉;陈振华
4.AZ31镁合金板料等温拉深 [J], 范立坤;王荣;张平;丁文江
5.ZE10镁合金板材非等温拉深的试验研究 [J], 刘英;李元元;李卫
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AZ31镁合金板温拉深流变应力行为研究
ε的关系为 : log ε+ B n = A log
( 2)
47
σ ln ε关系 图4 均匀塑性变形阶段的 ln
Fig1 4 Relationship bet ween st ress and st rain at t he stage of even plastic deformation in log2log scale
σ ln ε关系 图 3 ln
Fig1 3 Relationship bet ween st rees and st rain in log2log scale
图 5 所示为不同温度下 n 值和应变速率的自然 对数 之 间 的 关 系 , 在 应 变 速 率 为 01 001 s - 1 ～
01 1 s - 1 , 温度为 200 ℃～ 350 ℃的范围 内 , n 值 与
( 3)
值也有一定的变化 。同一温度下 K 值的平均值与温 度的倒数的关系为 : -1 ( 5) K = - 3771 716 + 297620 T
图 9 K 值与 1/ T 的关系
Fig1 9 Relationship between K values and reciprocal of temperature
σ ln ε对应关系 图7 ln
Fig1 7 Relationship between flow stress and strain rate in log2log scale
图8 应变速率敏感指数 m 与 1/ T 的关系 图 5 n 值和应变速率对数的关系
Fig1 5 Relationship bet ween n values and logarit hmic st rain rate Fig1 8 Relationship bet ween st rain rate sensitivit y and reciprocal of temperat ure
AZ31薄板热拉深工艺研究
AZ31薄板热拉深工艺研究高军;岳振明;魏国玲;褚兴荣;李文娟【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2010(018)004【摘要】为提高AZ31薄板热拉深质量、确定热拉深过程的合理工艺参数,选取不同的成形温度、模具间隙及凸模圆角半径,拉深成形了AZ31试样,采用KH-2200MD金相显微镜观察其内部组织变化,并通过x-ray衍射实验分析晶面取向的变化.实验结果表明,0.8 mm的AZ31B镁合金板料在240℃附近的成形性能最好,拉深后材料组织晶粒大小均匀,晶面取向分布均匀.热拉深AZ31B镁合金板料应将凸、凹模间隙选为1.1倍的板料厚度.在压边力不变的条件下,随着凸模圆角半径的减小,拉深高度降低加快,并且起皱现象加重.【总页数】4页(P519-522)【作者】高军;岳振明;魏国玲;褚兴荣;李文娟【作者单位】山东大学威海分校,机电工程学院,山东,威海,264209;山东大学,材料科学与工程学院,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院,济南,250061;山东大学,工程训练中心,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院,济南,250061;山东大学,材料科学与工程学院,济南,250061【正文语种】中文【中图分类】TQ37【相关文献】1.薄板拉深工艺中压边力闭环控制的研究现状 [J], 王东哲;娄臻亮;张永清2.基于GTN模型的AZ31镁合金手机壳拉深工艺分析 [J], 李倩;林金保;张俊婷;张柱;崔小朝3.AZ31镁合金薄板热拉深工艺研究 [J], 陈振华;程永奇;夏伟军;傅定发4.AZ31镁合金铸轧板材热拉深工艺研究 [J], 彭伟平;曾攀;李培杰;黄赞文5.材料组织性能对薄板拉深工艺影响的试验研究 [J], 关明;马福富;李保庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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万方数据
研究开发镁合金板材热拉深成形技术，已经成为镁 合金研究的热点Ｌ３－６｜。但是，镁合金具有密排六方晶 体结构，塑性变形能力差，传统轧制板材成材率低， 生产困难。连续铸轧工艺是将材料的连续铸造和轧 制结合在一起，在短时间内完成熔体的凝固和热轧， 具有简化生产工序、缩短生产周期、减少设备投资、 降低生产成本、节约能源等优点［７。９］。有关镁合金铸 轧板材热拉深成形工艺的研究，目前尚缺乏相关的 报道。
个因素的影响规律。 ２．３．１拉深温度
镁合金板材室温下由于塑性较差，需要在高温下 进行拉深，拉深温度是其热拉深最重要的工艺参数， 模具的加热和冷却系统可以对其不同部位进行精确 控制温度。加热部分包括凹模、压边圈和坯料，冷却 部分主要是冲头（凸模）。试验对模具凹模和压边圈 进行加热，试验温度范围为１５０℃～３５０℃，坯料先在 模具上加热保温３ｍｉｎ，达到凹模温度后进行拉深试 验。冲头部分采用冷却回路进行冷却，其主要是为了 加强危险断面冲头圆角处的强度，提高板材的极限拉 深比（Ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ，ＬＤＲ）［１０Ｊ。
中图分类号：ＴＧ３８９
文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－２０１２（２００９）０１－００３７－０５
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｏｔ ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ｆｏｒ ｔｗｉｎ。。ｒｏｌｌ·。ｃａｓｔ ＡＺ３ １ ａｌｌｏｙ
ＰＥＮＧ Ｗｅｉ－ｐｉｎｇ ＺＥＮＧ Ｐａｎ ＬＩ Ｐｅｉ－ｊｉｅ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｍｆｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｂｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｓｉｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
筮
图３最小弯曲半径
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Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｂｅｎｄｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ａｔ
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ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
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图５拉深温度和速率对极限拉深比的影响 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｄｒａｗｉｎｇ
ｒａｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏｓ
ＡＺ３１镁合金铸轧板材热拉深工艺研究＊
（清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京１０００８４） 彭伟平 曾 攀
（富士康科技集团轻金属材料研发中心，深圳５１８１０９）
李培杰 黄赞文
摘要：用拉伸试验机测试了ＡＺ３１镁合金铸轧板材的高温力学性能和直角弯曲性能，并对镁合金铸轧板材进行了
热拉深试验，研究了拉深温度、拉深速率、压边间隙、润滑方式等工艺参数对板材成形性能的影响。试验结果表
袭１模具主要尺寸和试验参数
Ｔａｂ．１ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｕｎｃｈ ａｎｄ ｄｉｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
冲头直 径／ｒａｍ
冲头圆角 半径／ｍｍ
凹模直 径／ｍｍ
凹模圆角 半径／ｍｍ
３８
４
４０
６
２结果与讨论
２．１应力应变曲线 图２所示为单向拉伸实验得到的不同拉伸条件
下真应力一真应变曲线。图２ａ所示为２５０℃时应变速 率对流变应力的影响，随着应变速率的降低塑性显 著增加，且很快进入稳态流变状态，说明铸轧板材 对应变速率非常敏感。图２ｂ所示为应变速率４× １０－３Ｓ－１时温度对流变应力的影响，随着温度的升 高，屈服强度和抗拉强度明显降低，在２００℃以上， 由于动态回复及动态再结晶的存在，没有明显的加 工硬化现象。从图２中可以看出，随着拉伸温度的 升高，板材的延伸率明显提高，１５０℃时真应变为 ３２％，４００℃时可达７８％，显示出良好的塑性。
本文从板材的微观组织、力学性能、直角弯曲 性能及不同工艺参数的热拉深试验，对ＡＺ３１镁合 金铸轧板材拉深成形进行了系统全面的研究。用自 制的，具有加热、冷却系统的热拉深模具，研究了 拉深温度、拉深速率、压边间隙、润滑方式等工艺
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塑性工程学报
第１６卷
参数对板材成形性能的影响，获得了较好的镁合金 铸轧板材热拉深成形工艺。
万方数据
Ｆｉｇ．６
图６不同极限拉深比的圆筒拉深件 Ｄｅｅｐ ｄｒａｗｎ ｐａｒｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ
２．３．２拉深速率 镁合金是速率敏感性材料，不同温度下的拉伸性
４０
塑性工程学报
第１６卷
能表明，镁合金的塑性流动性能在低应变速率时较 好。在试验中发现，在油压机可调的速率范围内，当 拉深速率低于１００ｍｍ／ｍｉｎ时，其ＬＤＲ基本未发生 变化，在合适的工艺条件下，均可成功制得ＬＤＲ达 ２．６以上的圆筒件，从图５可以看出，相同温度下的 极限拉深比低速拉深时均大于高速拉深，试验证明镁 合金铸轧板材适合于低速拉深。当拉深速率为 ６００ｍｍ／ｍｉｎ～９００ｍｍ／ｍｉｎ时（一般工业生产拉深速 率），其ＬＤＲ有明显降低，但在温度２７５℃时，也 可得到ＬＤＲ最大达２．１的圆筒件。这说明在较高 的拉深速率下，ＡＺ３１镁合金铸轧板材仍具有较好 的拉深成形性能，可以满足工业化生产速率的要求。 ２．３．３压边间隙
１６．７弘ｍ。
图１镁合金铸轧板材的初始微观组织 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｗｉｎ－ｒｏｌｌ－ｃａｓｔ ＡＺ３１ ａｌｌｏｙ
高温拉伸试验在Ｇｌｅｅｂｌｅ １５００Ｄ热一力学模拟试 验机上进行。拉伸试样沿着轧制方向切取，其标距 为２７ｍｍ×１０ｍｍ×０．８ｍｍ。拉伸温度分别为 １５０℃，２００℃，２５０℃，３００℃，３５０℃和４００℃，应 变速率分别为４×１０－４ Ｓ－１～４ｓ～。试样采用电阻加 热至设定温度，控温精度为土１℃。在ＭＴＳ～１００ｋＮ Ｓｉｎｔｅｃｈ２０／Ｇ高温拉伸试验机上，对板材的最小弯 曲半径进行了测试。直角弯曲夹具是为测量最小弯 曲半径及回弹角度而做的专用夹具，其压头和下面 的凹槽都成９０。角，压头尖角部为圆角，半径分别为 Ｒ２，Ｒ２．５，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５和Ｒ６。分别从０。，４５。， ９０。３个方向切取弯曲试样，试样尺寸为７０ｍｍ× ３０ｍｍＸ ０．８ｍｍ，测试温度分别为１５０℃，２００℃， ２５０℃和３００℃，压下速率为ｌｍｍ／ｓ。
ＨＵＡＮＧ Ｚａｎ－ｗｅｎ
１０００８４
Ｃｈｉｎａ）
（Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｒｅ ｆｏｒ Ｌｉｇｈｔ Ｍｅｔａｌ，Ｆｏｘｃｏｎｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５１８１０９ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｖ－ｂｅｎｄ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ａｔ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄ
图２不同工艺参数下的真应力一应变曲线
ｓｔｒ时ｔｒｕｅ Ｆｉｇ．２ Ｔｒｕｅ
ｓｔａｉｎ ｃｕｒｖｅｓ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｓ
第１期
彭伟平等：ＡＺ３１镁合金铸轧板材热拉深工艺研究
３９
２．２直角弯曲 直角弯曲（Ｖ型弯曲试验）是测量板材最小弯曲
半径和回弹角度的试验。最小弯曲半径代表弯曲加 工的极限，对模具和成形零件的设计都具有十分重 要的意义。图３列出了ＡＺ３１镁合金铸轧板材在不 同温度下的最小弯曲半径，从图３中可以看出，在 每个温度都有最小的弯曲半径，最小弯曲半径随着 温度的升高而减小。低温时轧制方向的弯曲性能最 好；高温时，３个方向弯曲性能基本相同，说明镁 合金铸轧板材的各向异性较小，这对冲压极为有利， 可以减少冲压产品的制耳现象。对于０．８ｍｍ厚的 ＡＺ３１镁合金铸轧板材，２００℃时最小弯曲半径大约 在３ｍｒｎ－－一４ｍｍ，这也是模具圆角半径设计为４ｍｍ 和６ｍｍ的依据。图４分别为完全破裂、部分破裂和 形状完好的直角弯曲试样。
ｆｏｒ ｈｏｔ ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ａｂｏｖｅ ２００℃ｗｉｔｈ ａｍｉｎｉｍｕｍ ｂｅｎｄｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ４ｍｍ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ａｎ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ ａｔ ｔｅｍｐｅｒ—
ａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ２２５℃ｔｏ ２７５℃ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ５０ｍｍ／ｍｉｎ～１００ｍｍ／ｍｉｎ ａｎｄ ｂｌａｃｋ ｈｏｌｄｅｒ ｇａｐｓ ｏｆ １．１２５ｔ～１．１５ｔ．Ｔｈｅ ｎ２ａｘ－
ｕｓｅ盯ＦＥ ｉｍｕｍ ｏｐｔｉｍａｌ １ｉｍｉｔｅｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ ｉｓ ２．９５ ａｔ
ｄｒａｗｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｈｅｎ
ｆｏｒ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＺ３１ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ａｌｌｏｙ；ｔｗｉｎ－ｒｏｌｌ－ｃａｓｔ ｓｈｅｅｔｓ；ｈｏｔ ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ；ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｒａｗｉｎｇ ｒａｔｉｏ；ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ
引言
镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、易于 机加工和易于回收再利用等优点，在航空航天、汽 车、电子消费品等领域得到了越来越广泛的应 用［］－２３。镁合金板材拉深成形不仅可以充分利用镁合 金优异的力学性能、环保性以及满足产品轻量化的 趋势，而且能够大幅度提高生产效率和产品合格率，
彭伟平Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｅｎｇｗｅｉｐｉｎ９９９＠ｍａｉｌｓ．ｔｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｆｉｇ．４
图４弯曲试验样品 ａ）完全破裂；ｂ）部分破裂；ｃ）形状完好
Ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｔ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
２．３热拉深工艺 ＡＺ３１镁合金铸轧板材热拉深成形的主要工艺
参数有拉深温度、拉深速率、压边间隙、润滑方式、 模具圆角、凹凸模间隙等，这些因素对板材的拉深 成形效果均有不同程度的影响，本文主要研究前４