镁合金无损精密成型与蜂窝结构制备研究

摘要

蜂窝结构是一种质轻、高比强度、高比刚度的高效率仿生结构，金属蜂窝结构更具有耐冲击、耐高温、吸能减震、隔音降噪等优良的性能，广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。本文以弹塑性精确成形为依据，结合镁合金室温塑性变形能力差，易于损伤开裂等特性，通过镁合金板带在精确弯曲成形过程中的回弹和损伤规律实验研究，制备了规则的蜂窝前体齿条并研制了镁合金蜂窝模块生产设备。
　　对不同厚度的镁合金板带分别进行不同凸模半径的V形弯曲，对5mm厚的AZ31板材进行三点弯曲，研究镁合金板带的弯曲回弹规律和表面损伤规律，将研究结果应用于试制精确成型镁合金和铝合金蜂窝前体齿条指导，进而开发蜂窝模块自动生产设备，并对所制备的蜂窝模块进行力学性能测试。研究的主要结果如下:
　　在凸模弯曲半径r不变时，板带厚度越大，回弹角越小;在板厚一定时，相对弯曲半径r/t越大，回弹角越大，厚度较小板带的回弹角变化幅度受弯曲半径的影响比厚度较大的板带的更大。
　　AZ31镁合金三点弯曲后的组织分析表明，孪生变形机制起主要作用，压缩侧表面损伤程度比拉伸侧严重，主裂纹首先出现在压缩侧，表现出明显的拉压不对称性;压缩侧的裂纹沿弯曲位移方向呈河流状且相互平行，随着应变量的增加，汇合、扩展为宏观裂纹，导致起源于压缩侧的断裂。
　　KBM8镁合金挤压管材取样测试发现，三点弯曲平均抗弯强度为518MPa，平均挠度为16.1mm，平均弯曲弹性模量为21GPa; AZ31镁合金的平均抗弯强度为408MPa，平均挠度为8.9mm，平均弯曲弹性模量为30GPa。两者相比，KBM8管材具有更优异的弯曲性能。
　　针对蜂窝模块制备工艺设计制造了自动化生产设备，包括切带机、成型机、自动滚胶机及蜂窝模块装配架等，利用此设备进行镁合金、铝合金蜂窝结构的制备，测得其名义压缩强度分别为6.0MPa、6.5MPa。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 镁合金的研究和应用现状

1．2．1 镁合金的研究现状

1．2．2 镁合金的应用现状

1．3 镁合金板带弯曲特点和弯曲损伤研究

1．3．1 镁合金板带弯曲回弹特点及研究现状

1．3．2 镁合金弯曲损伤特点及研究现状

1．4 蜂窝结构概述

1．4．1 蜂窝结构国内外研究概况

1．4．2 蜂窝结构的制备方法

1．4．3 蜂窝结构的应用及发展前景

1．5 问题的提出

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

第2章 实验材料与方法

2．1 实验材料

2．2 实验方法

2．2．1 热处理实验

2．2．2 拉伸实验

2．2．3 压缩实验

2．2．4 V形槽弯曲实验

2．2．5 三点弯曲实验

2．2．6 扫描电镜形貌观察

2．2．7 XRD分析

2．2．8 显微组织观察

第3章 V形槽弯曲实验结果与分析

3．1 引言

3．2 板材的精确成型性能研究

3．2．1 拉伸结果分析

3．2．2 应变硬化指数n

3．2．3 塑性各向异性系数

3．3 V形槽弯曲实验结果

3．3．1 V形槽弯曲回弹角与板厚的关系

3．3．2 V形槽弯曲回弹角与相对弯曲半径的关系

3．4 V形槽弯曲损伤度测量

本章小结

第4章 AZ31镁合金三点弯曲实验结果与分析

4．1 引言

4．2 AZ31板材的三点弯曲性能研究

4．2．1 弯曲后显微组织研究

4．2．2 样品弯曲后的表面形貌观察

4．2．3 弯曲后的损伤特征

本章小结

第5章 KBM8镁合金挤压管、平板弯曲试验

5．1 引言

5．2 KBM8的力学性能

5．2．1 管材不同热处理下显微组织

5．2．2 挤压管拉伸力学性能

5．3 KBM8挤压薄壁管U形冷弯力学性能

5．3．1 U形管材显微组织

5．3．2 U形管材力学性能

5．4 KBM8管材三点弯曲试验

5．4．1 弯曲力学性能

5．4．2 弯曲表面形貌

5．4．3 弯曲后显微组织

5．4．4 弯曲的损伤特征

5．5 讨论

本章小结

第6章 镁合金和铝合金蜂窝模块的制备技术研究

6．1 引言

6．2 蜂窝模块的制备工艺

6．2．1 蜂窝芯的制备

6．2．2 蜂窝模块制备设备

6．2．3 蜂窝模块压缩性能测试

6．3 镁合金蜂窝模块压缩性能测试

6．4 铝合金蜂窝模块压缩性能测试

本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文