单向多道次弯曲工艺及其对AZ31B镁合金薄板织构与性能的影响

论文摘要

镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料,具有高比强度、良好的导热性和减震性等特点,被认为是21世纪最富于开发和应用的“绿色材料”。但是到目前为止,由于镁合金的塑性加工性能差的问题没有得到根本解决,使其应用范围不够广泛。目前采用镁合金加工的零部件多数是通过压铸的方法加工而成的,如照相机、手机、笔记本电脑等产品的外壳。为了使镁合金的应用范围更加广泛,用板材成形方法加工零件是最佳的选择,不仅可以充分利用镁合金材料优异的机械性能,而且能够大幅度提高生产效率和产品合格率。因此镁合金板材的冲压成形性能和工艺的研究是扩大镁合金应用的关键所在。冷轧退火态镁合金板材具有很强的(0002)基面织构,室温下滑移系少,形变各向异性强,不利于冲压成形。目前,镁合金冲压工艺方面已有一定的研究,但对如何改善、提高镁合金板材冲压性能的研究还较少。本文提出了一种改善镁合金板材织构与冲压性能的新方法——单向多道次弯曲。自制单向多道次弯曲实验设备,以镁合金板材杯突值为指标考察成形性能,通过正交实验确定变形中的工艺参数,获得适合改善镁合金板材成形性能的优化变形方案。以优化工艺为指导,对冷轧退火态AZ31B镁合金薄板进行单向多道次弯曲变形,分析变形前后各状态样品的显微组织、力学性能、冲压性能及织构状态。结果表明,单向多道次弯曲工艺使晶粒在变形过程中发生转动,大幅削弱对后续塑性成形不利的(0001)基面织构组分,出现了很强的(1212),(1211),(0110)等面织构。同时还有少量的(0112),(0111)组分。在135℃回复温度下退火1h,(0112),(0111)组分增强,织构组分变得更为复杂多样,且此时出现大量退火孪晶。在再结晶温度260℃下退火1h,板材表面附近晶粒因发生静态再结晶而长大,主要织构为(1212),(1211),(0112),(0111)等锥面织构组分,由于定向形核及核心生长,各组分对应的晶粒取向趋于集中。板材在拉压变形时基面Schmid因子增大,基面滑移系在常温下更容易启动。由于织构状态的改变,在轧制方向(单向多道次弯曲方向)上,板材强度下降,屈强比降低,延伸率最高增加38%。单向多道次弯曲后,板材的各向异性较变形前有一定程度的增大,杯突值最高能增加67%。单向多道次弯曲工艺很好地改善了冷轧退火态AZ31B镁合金板材的织构组分,使成形性能大幅度提高。此外,本文还对中高温下单向多道次弯曲工艺进行了初步探索。发现中高温时板材基面织构同样被削弱,但变形过程中发生的动态再结晶使晶粒变得异常粗大。粗大的晶粒成为制约板材成形性能提高的主要因素,使得该工艺对镁合金板材成形性能的改善比较有限,低于常温下的提升幅度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 总述
• 1.2 镁及镁合金概述
• 1.3 镁及镁合金的研究背景和现状
• 1.3.1 镁合金的研究意义
• 1.3.2 镁及镁合金的研究与应用现状
• 1.4 变形镁合金
• 1.4.1 变形镁合金的开发与应用现状
• 1.4.2 变形镁合金塑性的改善
• 1.5 镁合金板材冲压性能与冲压工艺研究进展
• 1.5.1 镁合金板材的材料特性值
• 1.5.2 镁合金板材的工艺试验研究
• 1.5.3 镁合金板材冲压性能的改善及二次成形
• 1.6 金属织构分析技术
• 1.6.1 金属板材织构
• 1.6.2 极图的定义及分析
• 1.6.3 ODF 的定义及分析
• 1.7 镁合金的织构
• 1.7.1 镁合金织构的形成机理
• 1.7.2 织构对镁合金力学性能的影响
• 1.7.3 影响镁合金织构的基本因素
• 1.8 课题研究目的，内容及意义
• 1.8.1 课题研究目的和内容
• 1.8.2 课题研究意义
• 2 单向多道次弯曲工艺方案的确定
• 2.1 引言
• 2.2 单向多道次弯曲工艺原理
• 2.3 实验材料
• 2.4 镁合金板材单向多道次弯曲工艺的优化
• 2.4.1 基本弯曲路径的确定
• 2.4.2 正交实验方案
• 2.4.3 正交实验结果与分析
• 2.5 弯曲前后尺寸的变化
• 2.6 本章小结
• 3 多道次弯曲工艺对显微组织和机械性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 显微组织
• 3.2.2 力学性能
• 3.2.3 杯突实验
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 多道次弯曲前后显微组织的变化
• 3.3.2 单向多道次弯曲前后力学性能的变化
• 3.3.3 单向多道次弯曲前后成形性能的变化
• 3.4 本章小结
• 4 单向多道次弯曲工艺对织构的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 实验结果
• 4.3.2 织构组分变化
• 4.3.3 织构演变对板材性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 中高温下单向多道次弯曲工艺对板材的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 显微组织的变化
• 5.3.2 织构组分的变化
• 5.3.3 力学性能及冲压性能的变化
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 发表论文
• B. 申请专利