预孪晶退火对镁合金薄板冷冲压成形性能的影响

摘要

镁合金以其自身的优异性吸引各行业的青睐。本文对轧制态AZ31镁合金薄板进行研究，在预压缩预置孪晶的前提下，经过一定的退火工艺，由显微组织观测和力学性能实验相结合的手段，研究了AZ31镁合金薄板在压缩、拉伸过程中孪晶的出现和变化机理；观察了孪生-去孪生以及孪生和再结晶对AZ31镁合金薄板显微组织和成形性的影响。经本论文研究可得出以下结论：
　　（1）通过对1mm厚AZ31镁合金薄板沿横向（TD）和轧向（RD）分别预压缩1.59％，3.32%和5.38%后，200℃退火6h去除应力保留孪晶片层结构，研究了初始孪晶对镁合金板材组织和成形性能的影响。试验结果发现：随变形量的增大，试样屈服和极限抗拉强度逐步增大，伸长率逐渐增大。当沿TD预压并反向单轴拉伸以及沿RD预压并反向单轴拉伸时，真应力应变曲线出现屈服平台，这可归因于去孪生行为发生。随预压程度的增加，材料的加工硬化指数（n值）增加，塑性应变比（r值）减小，横向预压杯突值也从原始试样的2.83 mm最大提高了89.40%，达到5.36mm，而沿轧向预压最大提高了139.58%，达到6.78mm。
　　（2）通过对1mm厚AZ31镁合金薄板沿TD方向预压缩5.20%后在不同温度（200℃，300℃，400℃，500℃）退火处理2h后，晶粒尺寸先逐渐增大随后减小。400℃退火温度下的晶粒尺寸最大，从原始材料的9.6μm增大至32.9μm。400℃下退火10s~120s，孪晶体积分数逐渐减小，在120s时孪晶完全消失，说明再结晶发生速度很快。材料屈服强度(YS)和极限抗拉强度(UTS)在三个方向上（RD，45°和TD）随退火温度升高逐渐减小，断裂延伸率（FE）逐渐减小。加工硬化系数（n值）随之增大，塑性应变比（r值）逐步减小。冲压成形性能随晶粒尺寸的增大而逐渐增大，杯突值（IE）在400℃退火时达到最大为5.78mm，与原始板材2.83mm相比，提高了104%。
　　（3）通过对1mm厚AZ31镁合金薄板实施TD预压缩1.59%，3.32%，5.38%，7.76%后450℃下高温退火2h。发现退火后其晶粒尺寸逐步增大，由原始板材的9.6μm分别长大至14.2，31.3，32.1和35.3μm。且随预变形量的增加，屈服强度(YS)逐步减小，抗拉强度(UTS)和断裂伸长率（FE）逐步增大。塑性应变比r值逐步减小，加工硬化系数（n值）逐步增大。杯突值由原始试样的2.83mm分别增大为3.6mm，5.09mm，5.43mm和5.74mm，冲压成形能力最大提高103%。
　　（4）通过对1mm厚AZ31镁合金板材实施TD预压缩1.69%，3.32%，5.38%后进行轧向3.3%的预压缩，随后450℃下退火2h。预变形使（0002）基面产生了近86.3°的旋转且产生了大批孪晶组织。后续退火诱导再结晶行为发生，提高了镁合金的塑性。其晶粒尺寸随横向压缩变形量的增大而逐渐增大，由原始材料的9.6μm增大至最大变形量TD5.38%RD3.3%的25.6μm。屈服强度和抗拉强度逐步减小，而伸长率增大。N值逐渐增大，r值逐渐减小。杯突值由原始的2.83mm分别增大为5.61mm，5.72mm和6.01mm，成形能力得到极大提高，最大提高112.3%。
　　（5）通过对AZ31镁合金板材进行RD方向3.3%后TD方向1.69%，3.32%和5.38%的预压缩450℃退火2h。晶粒尺寸随横向压缩变形量的增大而逐渐减小，原始为9.6μm，不同变形量晶粒尺寸分别为27.1,18.9和17.1μm。这可能与交叉孪晶作为再结晶形核质点促进再结晶行为有关。而杯突值分别为4.88mm，5.37mm，5.48mm，说明晶粒取向的改变大于晶粒长大织构弱化对成形性能的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 镁合金塑性变形理论

1.3 镁合金孪生机理研究

1.4 镁合金的再结晶机理

1.5 镁合金板材的冲压

1.6 本课题研究的目的和意义

第二章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 微观组织表征

第三章 预压缩孪晶诱导晶粒偏转对AZ31镁合金薄板组织演变和性能的影响

3.1 预压路径及程度对镁合金板材显微组织和成形性能的影响

3.2 退火温度对预孪晶镁合金板材显微组织和成形性能的影响

3.3 本章小结

第四章 预压缩高温退火诱导晶粒长大对AZ31镁合金薄板组织演变和成形性能的影响

4.1 预压程度对镁合金板材显微组织和成形性能的影响

4.2 预压路径对镁合金板材显微组织和成形性能的影响

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文