AZ31B镁合金薄板组织调控及其冲压成形性能的研究

摘要

镁合金为密排六方结构,室温下可动滑移系少,且传统轧制或挤压板材具有较强的(0001)基面织构,导致其成形性能欠佳。本文从组织调控出发,以提高镁合金薄板冲压成形性能为主要目的。研究了单向多道次弯曲(RUB)、纯剪切变形与室温预拉伸变形三种组织调控技术对AZ31B镁合金薄板组织与性能的影响;研究了初始织构对AZ31B镁合金薄板冲压成形性能的影响规律,分析了镁合金薄板在拉深变形过程中的变形行为。通过金相分析、电子背散射衍射技术(EBSD)、X射线衍射技术(XRD)等手段考察了镁合金薄板在变形过程中的组织演变。通过力学性能测试、成形性能测试等手段考察了经组织调控技术处理的镁合金薄板力学性能与成形性能的变化以及织构对镁合金薄板冲压成形性能的影响规律。主要研究内容和结果如下:
　　①经RUB处理的AZ31B镁合金薄板在300℃与400℃退火时,基面织构组分在RD方向上变得更加发散,且最大基面织构强度明显削弱。与原始薄板相比,300℃退火RUB薄板展现出较大的断裂延伸率、较小的塑性应变比r值与较大的应变硬化指数n值,且其Erichsen杯突值提高达~89％。400℃退火RUB薄板的晶粒组织明显长大,其延伸率有所降低,但其Erichsen杯突值仍提高达~81%
　　②经纯剪切变形处理之后,AZ31B镁合金薄板的基面织构明显削弱且基面由轧制方向朝45°方向偏转。与原始薄板相比,经纯剪切变形处理并退火的薄板在RD、45°与TD方向均展现出较大的断裂延伸率、较小的r值与较大的n值,且其Erichsen杯突值提高达~53%。
　　③经预拉伸变形及随后退火处理的AZ31B镁合金薄板晶粒尺寸显著粗化,基面织构强度降低。相对于原始薄板,处理后薄板的力学性能有所下降,但其r值减小、n值增加、成形性能明显提高,且晶粒尺寸越大成形性能越好,具有最大晶粒尺寸的经5%预拉伸变形并退火薄板的Erichsen杯突值提高达~65%。
　　④通过RUB工艺改善AZ31B镁合金薄板的织构,研究初始织构对AZ31B镁合金薄板在不同温度下成形性能的影响。与原始薄板相比,在室温、50℃以及100℃下,具有较弱基面织构的AZ31B镁合金薄板的Erichsen杯突值分别由3.18mm、3.72mm与5.72mm提高到6.20mm、6.65mm与7.20mm,极限拉深比(LDR)分别提高到1.3、1.5与1.7。而当温度升高到150℃以上时,基面织构的影响削弱。
　　⑤通过研究200℃温度下成功拉深的LDR为2.3的杯形件,分析了原始AZ31B镁合金薄板在拉深过程中的组织演变与变形行为。拉深杯形件底部未经变形,显微组织与基面织构变化不大。肩部出现了一些再结晶晶粒,基面织构变化不大。在厚向应变量为40%的壁部,观察到了更多的细小再结晶晶粒,部分晶粒c轴倾向于TD方向转动。在厚向应变量为85%的凸缘处出现了大量细小再结晶晶粒,晶粒c轴全部朝TD方向发生了偏转且基面织构完全转变为c-axis//TD织构。另外,通过Schmid因子分析了基面滑移与非基面滑移的变化。
　　⑥通过RUB技术改善AZ31B镁合金薄板的织构,研究初始织构对AZ31B镁合金薄板成形极限图(FLD)的影响。在室温和100℃下,与原始薄板相比,具有较弱基面织构的镁合金薄板的最低极限应变分别提高了~79%和~104%,且成形极限曲线(FLC)的范围明显扩大。当温度高于200℃时,两种板材的FLC几乎重合。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 镁及镁合金概述

1.3 镁合金塑性变形机制

1.4 镁合金组织调控

1.5 镁合金板材冲压成形性能的研究

1.6 本文的研究目的、意义与内容

1.7 主要成果与创新点

2 实验方法

2.1 实验材料

2.2 微观组织分析

2.3 力学性能测试

2.4 成形性能测试

3 调控AZ31B镁合金薄板组织改善其性能的研究

3.1 引言

3.2 单向多道次弯曲(RUB)处理后不同温度退火

3.3 纯剪切变形及随后退火

3.4 预拉伸变形及随后退火

3.5 本章小结

4 初始织构对AZ31B镁合金薄板成形性能的影响

4.1 引言

4.2 初始织构对AZ31B镁合金薄板成形性能的影响

4.3 200℃下AZ31B镁合金薄板的拉深变形行为

4.4 本章小结

5 初始织构对AZ31B镁合金薄板成形极限图(FLD)的影响

5.1 引言

5.2 实验材料与方法

5.3 显微组织

5.4 初始织构对FLD的影响

5.5 成形极限测试破裂试样顶端组织

5.6 分析与讨论

5.7 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录