一种基于孪生变形的镁合金薄板成形性能改善方法

摘要

本发明提供一种基于孪生变形的镁合金薄板成形性能改善方法，属于有色金属塑性加工领域。本发明基于孪生变形的镁合金薄板成形性能改善方法通过对镁合金薄板施加平面内压缩变形，激活拉伸孪生变形机制，改变薄板的基面织构，进而改善板材的成形性能。该方法包括以下步骤：1)平面应变模具或者防平面内压缩失稳模具准备；2)利用上述模具开展镁合金薄板的平面内压缩变形；3)将经过预变形的板材进行退火处理，消除应变硬化效应，从而得到成形性能得到改善的镁合金薄板。通过本发明提供方法处理过的镁合金薄板基面织构得到显著改变，成形性能得以大幅提升，从而为镁合金薄板后续的深加工提供可靠保证。

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属塑性加工领域，特别涉及镁合金薄板成形 性能改善方法。

背景技术

镁合金具有比强度高、电磁屏蔽性能好、阻尼减震性能优异等 特点，在汽车、航空航天、国防、电子通信等领域具有巨大的应用 潜力。大多数镁合金是密排六方结构(HCP)，室温下容易开动的独 立滑移系(孪生系)较少，限于基面滑移系与拉伸孪生系，是一种 室温塑性较差的材料。此外，通过轧制等工艺制备的镁合金板材往 往具有较强的基面织构，而基面织构不利于后续变形(比如冲压变 形)过程中基面滑移系的开动，从而进一步降低了镁合金板材的室 温成形性能。学者们提出了多种减弱基面织构的方法，比如多道次 弯曲以及等通道轧制，但是这些方法主要是基于位错滑移，往往需 要多道次工序以及较大变形量才能在一定程度上减弱镁合金板材的 基面织构。

拉伸孪生是镁合金的一种重要塑性变形机制。当拉伸孪生被激 活时，晶粒的C轴将旋转86°，这就显著改变了晶粒取向。因此， 可以利用镁合金的孪生变形调控镁合金板材的织构。但是，孪生是 一种极性变形机制，即只在特定应力或者应变状态下才会被激活， 比如拉伸孪生只有在晶粒C轴方向受到拉应力或者发生拉伸变形时 才会发生。对于镁合金薄板，要激活拉伸孪生，需要在平面内实施 压缩变形。然而，平面内压应力容易导致薄板弯曲失稳，而无法实 现平面内压缩变形，这导致人们在过去的时间里忽略了利用孪生变 形调控镁合金薄板织构方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有的镁合金薄板成形性能改善方法中， 因基于滑移变形机制而需要实施复杂的大变形，而且成形性能改善 效果十分有限的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于孪生 变形的镁合金薄板成形性能改善方法，包括以下步骤：

1)选用一套平面应变模具；

2)获取至少一块镁合金薄板；

3)将步骤2)所述的镁合金薄板置于平面应变模具中；镁合金 薄板不止一块时，这些薄板叠合在一起。

对镁合金薄板的进行平面内压缩，使其发生孪生变形；

4)对经过步骤3)处理的镁合金薄板(预压缩变形后的板材) 进行退火处理。

更为具体的步骤是：

S1)收集或者加工一套平面应变压缩模具或者一套能预防薄板 平面内压缩失稳的模具；

S2)从待加工的镁合金薄板上切取尺寸适合于步骤S1中模具的 块状样品，块状样品的四边分别平行于板材轧制方向(RD向)与横 向(TD向)；

S3)利用步骤S1中的模具对步骤S2中的块状样品实施一定量 的平面内压缩变形；

S4)对步骤S3中预压缩变形后的板材进行退火处理，消除应变 硬化效应，从而获得基面织构弱化、塑性成形性能得以提高的薄板 产品。

进一步，步骤S3中所述平面内压缩变形方向可以沿轧制方向， 或者横向，又或者先轧制方向再横向，再或者先横向再轧制方向。

进一步，步骤S3中所述平面内压缩变形量小于6％。

进一步，步骤S3中所述平面内压缩变形可针对一片块状样品， 也可针对几片块状样品同时实施。

进一步，步骤S4中的退火温度范围在200-300°之间。

本发明的有益效果：

本发明提供的改善镁合金薄板成形性能的方法，利用了拉伸孪 生能显著改变镁合金晶粒取向的特性，通过实施简单的、小变形量 的压缩变形即可明显改变薄板基面织构，从而得到成形性能显著改 善的镁合金薄板，为镁合金薄板后续的深加工提供可靠保证。

附图说明

图1为本发明所选用的平面应变模具示意图；

图2为本发明块状镁合金样品示意图；

图3为实施例1中平面内压缩变形示意图，同时也是实施例2 中第一阶段平面内压缩变形示意图；

图4为实施例2中第二阶段平面内压缩变形示意图；

图5为原始板材与实施例1和实施例2预处理后板材的微观组 织对比图；

图6为原始板材与实施例1和实施例2预处理后板材的(0001) 面极图对比图；

图7为原始板材与实施例1和实施例2预处理后板材的杯突实 验结果对比图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本 发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思 想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换 和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种基于孪生变形的镁合金薄板成形性能改善方法，其特征在 于，包括以下步骤：

1)收集或者加工一套适合于待加工板材的平面应变压缩模具或 者一套能预防薄板平面内压缩失稳的模具，如图1所示。

值得说明的是，图1提供了实现本发明目的的一种模具，该模 具包括上模和下模。所述上模由相互垂直的横向板块和竖向板块构 成；所述上模的竖向剖面为“T形”平面；所述下模的上端开有矩形 槽；所述矩形槽沿水平方向的两端贯穿下模的侧面；所述上模的竖 向板块与下模的矩形槽契合；所述矩形槽能够将薄板试样(一块或 多块叠放)完全容纳在槽内。

2)从待加工的镁合金薄板(厚度2.2mm)上切取块状样品；如 图2所示，本实施例所切取的块状样品为矩形样品，其四边分别平 行于轧制方向(RD)和横向(TD)；值得说明的是，步骤1)所述的 “选择适合于待加工板材的模具”，即是当板材厚度尺寸确定以后， 再选合适尺寸的模具，保证板材能够如图3那样置于模具中，被压 缩时不会失稳。

3)在平面应变模具的工作面(即样品与矩形槽的接触面)上添 加固体润滑剂，本实施例使用聚四氟乙烯薄膜；将单块或多块块状 样品放在工作面上。图3和4中所用样品为三块矩形样品的叠合后 置于模具中；

4)沿样品的横向开展压缩，如图3所示，压缩变形量为2.5％；

5)对压缩变形后的样品进行退火处理，退火温度为260℃，退 火时间为1h，之后得到成形性能改善的薄板，即消除应变硬化效应， 获得基面织构弱化、塑性成形性能提高的薄板产品。

同时对原始板材(厚度为2.2的镁合金薄板)开展相同的退火 处理，以作为后续实验中的对照组。

实施例2：

本实施例的基本步骤同实施例1，只是从两个方向进行压缩，包 括以下步骤：

1)选用一套平面应变模具；如图1所示，所述平面应变压缩模 具包括上模和下模。所述上模由相互垂直的横向板块和竖向板块构 成；所述上模的竖向剖面为“T形”平面；所述下模的上端开有矩形 槽；所述矩形槽沿水平方向的两端贯穿下模的侧面；所述上模的竖 向板块与下模的矩形槽契合。

2)从待加工的镁合金薄板(与实施例1相同的厚度2.2mm)上 切取块状样品；如图2所示，本实施例所切取的块状样品为矩形样 品，其四边分别平行于轧制方向(RD)和横向(TD)；

3)在平面应变模具的工作面上添加固体润滑剂，如聚四氟乙烯 薄膜；将单块或多块块状样品放在工作面上，本实施例中所用样品 为三块矩形样品的组合；

4)沿样品的横向开展第一阶段压缩变形，如图3所示，压缩变 形量为2.5％；

5)将第一阶段压缩变形后的样品取出，旋转90°后再放入平面 应变模具中，沿样品的轧制方向开展第二阶段压缩变形，如图4所 示，压缩变形量为2％；

6)对经过两阶段预压缩变形后的样品进行退火处理，退火温度 260℃，退火时间为1h，之后得到成形性能改善的薄板，即消除应变 硬化效应，获得基面织构弱化、塑性成形性能提高的薄板产品。

实验结果：

对上述实施例1和实施例2中的原始板材以及经过预处理的镁 合金薄板样品开展微观组织表征，结果如图5所示。从图5中可以 看出，上述实施例1和实施例2中经过预处理的镁合金薄板样品的 晶粒尺寸要明显大于原始板材晶粒尺寸，这是由于退火过程中再结 晶长大的结果。从图中TD压缩板材的微观组织中还可观察到少量拉 伸孪晶组织，这就说明在预压缩过程中确实发生了拉伸孪生。而图 中TD&RD压缩板材的微观组织中却无法发现孪晶组织，这是因为经 过两阶段的压缩变形，累积的变形量大，退火过程中发生了完全再 结晶。

对上述实施例1和实施例2中的原始板材(对照组)以及经过 预处理的镁合金薄板样品开展织构测试，结果如图6所示。从图6 中可以发现，实施例1中经过一阶段预压缩变形的样品中部分晶粒 的C轴({0001}方向)往横向偏转，而实施例2中经过两阶段压缩 变形的样品中一部分晶粒的C轴往横向偏转，另有部分晶粒的C轴 偏向轧制方向。上述C轴的偏转角度都符合拉伸孪生激活时晶粒的 旋转角度，说明预压缩处理过程中镁合金薄板发生了孪生变形。对 比原始板材以及经过预压缩的板材极图，可以发现预压缩变形显著 改变了镁合金薄板的基面织构。

另外分别对实施例1和实施例2中的原始板材(对照组)以及 经过预处理的镁合金薄板样品开展室温杯突测试，结果如图7所示。 从图中可以发现，经过预压缩处理的板材的杯突值明显高于原始板 材，其中实施例1中经过一阶段预压缩变形的样品杯突值较原始板 材提高34％，而实施例2中经过两阶段预压缩处理的板材杯突值较 原始板材提高50％。

从上述织构测试结果以及杯突值测试结果可以发现，通过本发 明提供方法处理过的镁合金薄板基面织构得到显著改变，成形性能 得以大幅提升，从而为镁合金薄板后续的深加工提供可靠保证。