AZ31镁合金自阻加热超塑成形工艺

论文摘要

镁合金是实际应用中最轻的结构金属材料,比强度高、弹性模量高、电磁屏蔽性能好,具有较好的减震性和散热性,且对环境无污染,因此在国防、民用工业领域有广阔的应用前景。但是由于镁合金密排六方晶体结构,滑移系少,室温下塑性成形性能较差,难以通过传统的冲压方法加工,因为大大限制了其在结构方面的应用。超塑成形不同于传统的塑性加工方法,镁合金在超塑成形条件下变形能力大大增加,因此有可能通过超塑成形来生产零件。本文通过对AZ31镁合金在不同条件下的自由胀形行为、微观组织演变、空洞行为的研究,确定使AZ31镁合金获得最佳超塑成形性能的工艺条件,从而为AZ31镁合金超塑成形技术研究和应用提供依据。为此,本文作如下研究:通过热轧工艺制得平均晶粒尺寸为4.5μm,厚度为0.8mm的镁合金板材。通过ANSYS热电耦合数值模拟不同电流密度和时间条件下,试样的温度分布。试样的温度场呈现中间高,两端低的分布规律。随着试样温度的升高,中间均温区的范围逐渐扩大。刚开始加热时升温速度较大,随着温度升高,由于辐射带来的热损失增大,升温速度逐渐减小,最后温度随时间变化的曲线趋于与时间轴平行的直线。当电流密度为25A /mm2,镁合金试样加热到400℃所需时间为60秒,均温区大约为30mm。通过在350～450℃范围内,不同应变速率条件下AZ31镁合金超塑自由胀形,应用光学显微镜（OM）和透射电镜（TEM）观察了温变形中的微观组织演变和空洞行为。结果表明,在400℃时胀形件高度最高,高径比达到0.52。胀形件顶部晶粒较小,5-6μm左右,这是由于超塑胀形过程中变形程度较大,再结晶的驱动力就较大,在释放过程中诱发动态再结晶。原始组织中的孪晶组织也通过气胀成形过程中的动态回复再结晶得以消除,变形后孪晶组织较少。中部晶粒有一定程度的长大,晶粒度为20μm左右,底部晶粒比中部和顶部都大,而且还有部分孪晶组织。在350～450℃的高温超塑变形范围内,细晶AZ31镁合金在超塑变形的后期在晶界处产生了大量晶丝,晶丝之间存在许多“O”形空洞。晶间空洞是由于“O”形空洞之间的晶丝的断裂造成的。材料内部空洞的金相观察表明,空洞的长大是受塑性变形控制且平均尺寸随着变形温度的升高而明显增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 镁合金研究与应用的发展历程
• 1.3 镁合金的应用
• 1.3.1 镁合金在航空航天领域的应用
• 1.3.2 镁合金在3C 领域的应用
• 1.3.3 镁合金在汽车工业中的应用
• 1.4 镁合金塑性加工技术
• 1.4.1 锻造成形
• 1.4.2 轧制
• 1.4.3 超塑成形
• 1.5 自阻加热新工艺
• 1.6 主要研究内容
• 第2章 镁合金热轧细化晶粒处理
• 2.1 引言
• 2.2 镁合金晶粒细化方法
• 2.3 镁合金轧制性能分析
• 2.4 镁合金热轧细化晶粒实验
• 2.4.1 实验材料
• 2.4.2 热轧工艺流程
• 2.5 本章小结
• 第3章 AZ31 镁合金板材自阻加热过程有限元分析
• 3.1 引言
• 3.2 自阻加热系统
• 3.3 自阻加热计算模型
• 3.3.1 自阻加热的能量传输方程
• 3.3.2 有限元计算模型
• 3.4 AZ31 镁合金板材热电耦合数值模拟过程
• 3.4.1 AZ31 镁合金试样有限元几何模型的建立及网格划分
• 3.4.2 定义单元类型及材料属性
• 3.4.3 边界条件
• 3.4.4 加载并求解
• 3.5 计算结果与分析
• 3.5.1 温度场分布
• 3.5.2 升温速度
• 3.6 本章小结
• 第4章 AZ31 自阻加热超塑成形实验
• 4.1 引言
• 4.2 实验装置
• 4.3 密封与绝缘材料
• 4.4 实验流程
• 4.5 胀形结果分析
• 4.6 超塑胀形微观组织分析
• 4.7 断口分析
• 4.8 AZ31 镁合金超塑胀形中的空洞行为
• 4.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢