AZ31B镁合金板材的冲压性能及工艺技术研究

摘要

镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、抗震及减震性强、电磁屏蔽效果优异及易于回收等一系列优点，在电子、汽车、航空和航天等领域具有广阔的应用前景，被誉为是21世纪最具发展前途的金属材料。 变形镁合金比铸造镁合金晶粒细小，成分偏析低，具有较好的强度和塑性，是性能优良的镁合金。但是，由于镁为密排六方结构，塑性变形能力差，加工成品率低，制约了其应用。本论文主要通过试验研究获得镁合金板材的冲压性能基本数据，研究镁合金板材冲压成形工艺技术，以扩大镁合金板材应用领域。 AZ31B镁合金是目前应用最多和性能优异的变形镁合金，可进行热轧、温轧、冷轧等成形工艺。研究轧制工艺对AZ31B镁合金板材冲压性能的影响，热轧工艺是镁合金板的主要轧制工艺。400oC以上热轧时，可以采用大的道次压下量，改善板材组织，提高性能，改善其冲压性能。温轧工艺效果对提高性能效果一般，冷轧加退火工艺能够显著改善组织，提高力学性能，提高冲压性能。通过对比研究热轧交叉轧制和单向轧制工艺，交叉轧制可以改善板中的内晶粒取向，提高板材综合力学性能，降低各向异性，从而提高板材的冲压性能。 通过AZ31B镁合金板材拉伸实验和冲压工艺模拟实验，研究了镁合金板材的基本冲压性能和模拟冲压性能。基本冲压性能即用基本力学性能表征的板材冲压性能。AZ31B镁合金热轧板材室温下抗拉强度Rm为235MPa，延伸率19％，应变硬化指数n为0.163（单向轧制）和0.181（交叉压制），塑性应变比为1.29（单向轧制）和1.56（交叉压制）。中高温拉伸实验表明，随温度升高，强度迅速下降，塑性大大改善，300oC温度下拉伸时抗拉强度为50MPa，延伸率高达65％，可以在此温度下冲压成形。 通过试验研究了AZ31B板材的模拟冲压成形性能。研究了AZ31B板材的杯突、扩孔、弯曲和拉深等模拟成形性能。极限胀形高度(杯突值)为4.90mm；扩孔率为5.71％；拉深系数为0.788，拉深比为1.268；最小相对弯曲半径rmin/t为5.0。 利用电蚀坐标网格技术，研究和测试了AZ31B的室温成形极限图(FLD)。研究结果表明，热轧态板材能够较为准确的测试成形极限曲线，成形性能较好；室温下镁合金板材成形极限曲线水平较低，成形性能较差，难以完成复杂形状产品成形。 镁合金板材在室温下变形，主要以基面滑移和孪生相结合的变形机制，变形阻力大，塑性差。在温度高于250oC时，滑移系增加，原子间阻力下降，塑性增加。250oC—350oC时发生局部动态再结晶，大晶粒转动，晶界滑移形成“项链组织”，温度超过350oC，孪生变形的比例下降，而晶内滑移为主要的变形机制。动态再结晶是其高温变形时的主要软化机制。 根据镁合金板材冲压成形性能特点，设计较为合理的冲压模具，并采用科学的冲压工艺制度，首次在国内用冲压工艺制成了AZ31B镁合金生产手机外壳。冲压工艺的主要技术为：镁板加热温度250-300℃，模具采用电阻加热，凸凹模温度分别为150℃和250-300℃，采用200目石墨作为润滑剂。镁合金冲压手机外壳具有一系列性能优势，具有很大的市场优势和广阔应用前景。