預變形對鎂合金板材沖壓性能影響機理的研究.pdf

1、鎂合金作為最輕的商業(yè)金屬結構材料，被廣泛應用于航空航天、汽車、電子通信等領域。然而由于鎂合金密排六方的晶體結構，其室溫下的滑移系很少，導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的基面織構，導致其具有很強的各向異性，限制了鎂合金板材的廣泛使用。本文從改善商業(yè)鎂合金板材組織結構，提高其力學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程中基面織構的演變，基于模擬結果，分別采用室溫大變形預拉伸和

2、預壓縮工藝來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變、織構演變、力學性能及成型性能。最后，通過三種理論模型對比計算了鎂合金板材室溫下的成型極限圖以及 n值和r值對成型極限的影響。主要研究內容及成果如下：
　?、偻ㄟ^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程中織構的轉變，以及不同的變形方向對織構偏轉的影響。拉伸變形處理后的板材基面織構增強，但是其分布更為發(fā)散。拉伸板材的基面織構沿著與預拉伸方

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方向預壓縮變形使其晶粒的 c軸向 TD方向發(fā)生偏轉，導致基面織構強度降低，以及沿 TD方向織構的增強。預壓縮板材晶粒的 c軸總是平行于預壓縮的方向，導致平行于預壓縮方向基面織構強度的增強。
　?、诓捎檬覝卮笞冃瘟款A拉伸及再結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350°C1h退火后板材的基面織構強度明顯降低，基面織構由 ND方向朝 ED方向偏轉，且分

4、布更加彌散。隨著預拉伸變形量的增加，處理后板材的成型性能逐漸提高，屈服強度、塑性應變比 r值降低，應變硬化指數(shù) n值增大，其Erichsen值為5.6mm，相對于原始板材的2.5mm提高了～124％。
　　③分別沿 ED、45°和TD方向對擠壓 AZ31B鎂合金板材進行室溫大變形預拉伸及再結晶退火，研究了預拉伸方向對板材力學性能及成型性能的影響。經(jīng)過三種不同方向預拉伸的板材，其基面織構強度均得以弱化，但是偏轉方向均垂直于板材預拉伸

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

6、，隨著應變速度的繼續(xù)增大，成型性能呈降低趨勢。
　?、莶捎檬覝仡A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程中的組織演變及力學性能的變化。沿 TD方向預壓縮及退火后，由于拉伸孿晶及靜態(tài)再結晶的緣故，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度、屈強比，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，當預壓縮變形量超過4.8%時，鎂合金板材成型性能的改善不再明顯。
　　⑥分別沿 RD、45°和TD方向對 AZ31B鎂合金板材進行相同變形量的預壓縮，研究了預壓縮方向對鎂合金板材組織及力學性能的影響。通過對比三種不同壓縮方向對鎂合金板材組織、力學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方向偏向于預壓縮的方向，同時沿 RD及 TD方向預壓縮可以明顯改善

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發(fā)散的方向進行預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力退火與再結晶退火對鎂合金板材組織及力學性能的影響。通過對比去應力退火與再結晶退火后預壓縮板材組織、力學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，使其晶粒發(fā)生偏轉，可以降低鎂合金板材

9、的屈服強度、屈強比以及塑性應變比，提高其應變硬化指數(shù)，但是保留拉伸孿晶的去應力退火對鎂合金薄板的成型性能改善不大，而再結晶退火可以顯著改善其成型性能，去應力退火板材與再結晶退火板材的 Erichsen值分別為2.57mm和5.28mm，分別提高了～9%和～125％。
　?、嘌芯苛?50°C下預壓縮及退火對鎂合金板材組織及力學性能的影響。通過150°C沿TD方向的預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

10、弱化，并且沿 TD方向出現(xiàn)峰值，同時具有其較小的屈服強度、屈強比以及 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%。
　?、岱謩e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)。采用合理的力學性能參數(shù)，基于 M-K模型的 FLD可以很好的預測鎂合金板材在雙向拉伸狀態(tài)下的成型極限，基于Swift分