镁合金AZ31板材温热冲压成形性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郑文涛 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-05-30 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 张士宏 |
| 关键词 | 镁合金 本构方程 成形性能 坯料优化 断裂准则 |
| 其他题名 | Investigation on the Formability of Magnesium Alloy AZ31 Sheets under Warm Conditions |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 镁合金是实际应用中最轻的结构金属材料之一，具有比强度和比刚度高、导热性能和减振性能好、电磁屏蔽性能佳、切削、铸造和焊接性能好、易回收、环境友好及资源丰富等优点，因此在汽车工业、通讯电子工业和航空航天工业等领域中具有广阔的应用前景，被誉为21世纪最具发展潜力的金属材料。然而，由于镁合金在室温下较低的塑性，很难进行常温下的塑性成形，这严重地限制了变形镁合金产品，尤其是难以用铸造工艺制造的镁合金板类件在结构领域内的应用。然而，值得注意的是，即便在对模具装置和润滑剂要求不太严格的温热条件下，镁合金显示出明显改善的塑性，因此，有可能通过温热成形工艺进行镁合金板类件的生产。 本文首先开展了轧制工艺和热处理制度对镁合金AZ31板材微观组织和性能影响的研究；接着，进行了镁合金AZ31板材单向拉伸实验，建立了材料的本构模型；通过有限元模拟和实验进行了镁合金AZ31板材温热冲压成形性能研究；研究了镁合金板成形初始坯料的优化方法；提出了一种镁合金板材非等温条件下成形用韧性断裂准则；最后进行了镁合金手机壳温热冲压成形技术的有限元模拟和实验研究。 对于镁合金AZ31板材的轧制，通过提高轧辊温度可有效地提高单道次的压下量，实验中轧辊温度从室温提高到180℃，镁合金板材初始温度为400℃，单道次压下量从40％提高到了70％；相比较单向轧制工艺，交叉轧制工艺可有效缓解轧制后板材的各向异性，并降低了板材的屈强比；在保温时间为30min时，单向轧制后板材在250℃到300℃温度范围内热处理可得到最为细小的完全再结晶等轴组织，平均晶粒尺寸约为5µm，温度太低，再结晶发生不完全，温度太高，会发生晶粒长大；在320℃进行不同保温时间的热处理，对板材进行的硬度测试和微观组织观察表明，轧制后板材在15min即完全再结晶，保温时间长达24h对微观组织和硬度也没有明显的影响。 对镁合金AZ31板材从室温到300℃，应变速率从0.001s-1到0.1s-1的恒温恒应变速率单向拉伸实验研究结果表明：随着温度的升高，镁合金AZ31板材的流动应力下降，总的延伸率（塑性）增加，对应变速率的敏感性增加；随着应变速率的提高，流动应力增加，总的延伸率下降。根据单向拉伸实验数据，分别采用经验公式Beckofen方程和人工神经网络建立了镁合金AZ31板材的本构模型，结果表明，采用人工神经网络建立的本构模型具有更高的精度和更宽的适用范围。 对镁合金板材温热条件下（室温－230℃）的冲压成形进行了系统的工艺实验和计算机模拟研究，镁合金筒形件局部加热和凸模冷却差温拉深成形实验获得了大量有价值的实验结果，掌握了提高镁合金板材成形性能的基本规律；镁合金AZ31板材温热条件下的差温拉深成形实验结果表明，采用合理的局部加热和凸模冷却技术在坯料上建立合适的温度分布可有效提高镁合金AZ31的极限拉深比，并降低成形件厚度分布的不均匀性。在成形温度为180℃和230℃，凸模速度为6mm/min，极限拉深比分别达到3.25和3.375；此外，镁合金AZ31在温热条件下显示出明显的成形速度敏感性，随着凸模速度的增加，极限拉深比显著下降，在成形温度为230℃时，增加成形速度从6mm/min到60mm/min，极限拉深比从3.375减少到2.8。 为快速准确地确定镁合金板成形工艺中合理的初始坯料形状，本文中提出了一种用于板成形的坯料优化方法，并对镁合金AZ31带法兰和不带法兰盒形件的拉深成形进行了坯料优化，实验结果证实，所采用的坯料优化方法具有快速准确地获得最佳坯料形状的能力。 基于用于恒温塑性成形的韧性断裂准则，本文中提出了一种镁合金板材非等温成形时的韧性断裂准则，并对镁合金AZ31筒形件非等温拉深成形过程中的断裂进行了预测。结果表明，所提出的断裂准则可以合理地预测出断裂发生的位置，而且，预测出的镁合金AZ31差温拉深的最佳凸模温度以及极限拉深比值与实验结果吻合良好。 在以上工作基础上，进行了镁合金手机壳外壳温热冲压成形装置和工艺的开发，采用有限元模拟和实验研究掌握了各主要工艺参数的影响规律，确定了合理的成形工艺范围，采用合理的成形温度、成形速度等，以小的棱边圆角半径和复杂底面形状为特征的镁合金手机壳可以成功成形。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17010]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑文涛. 镁合金AZ31板材温热冲压成形性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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