AZ31B镁合金板材的冲压性能及工艺技术研究

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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。
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