AZ31镁合金轧制板材各向异性力学性能研究

在几种厚度的AZ31镁合金轧制板材上沿不同方向取样进行常温单向拉伸和压缩实验,研究了AZ31镁合金轧制板材的各向异性力学性能。基于晶体塑性理论,探讨了织构对金属板材宏观各向异性的影响。分析表明,轧制镁合金板材具有明显的各向异性力学性能及拉压不对称性。在轧制(RD)方向的抗压及抗拉屈服强度明显小于横向(TD),各个方向的抗拉屈服强度明显大于抗压屈服强度。不同轧制工艺对板材的力学性能影响较显著,主要表现在屈服应力不同和延伸率不同。基于实验结果与晶体塑性理论,本文从多角度分析了轧制工艺对AZ31镁合金各向异性力学性能及拉压不对称性行为的影响。     

镁合金板材温热成形性能

通过热模拟单拉试验,获得了AZ31镁合金板材在不同工艺条件下的真实应力应变曲线,分析了温度和应变速率对流变应力的影响.通过极限拉伸比试验,研究了轧制、退火、拉伸温度、拉伸速度、拉延间隙以及压边力等工艺因素对镁合金板材成形性能的影响.结果表明:交叉轧制和退火工艺能够显著提高镁合金板材的力学性能;在极限拉伸温度150℃、极限拉伸速度15 mm/s的工艺条件下,极限拉伸比能够达到3.0;AZ31镁合金板材适宜的拉延间隙为板厚的1.2倍.     

等径角挤压工艺对AZ31B镁合金板材冲压性能的影响

对采用等径角挤压(ECAE)工艺前后AZ31镁合金板材的性能参数和冲压成形性能进行了研究.结果表明,经过等径角挤压工艺处理后镁合金板材的应变硬化指数n值、各向异性r值和极限拉深比LDR值均得到了优化,从而改善了镁合金板材的冲压性能.     

优异力学性能的AZ31镁合金挤压板材:多类型织构的作用

采用横向梯度挤压（TGE）和传统挤压（CE）工艺制备Mg–3Al–1Zn（AZ31）镁合金板材，系统地研究了镁合金在挤压工艺中流变和动态再结晶行为，并对挤压AZ31镁合金板材的微观组织、织构和力学性能进行了分析。结果表明，由于在横向梯度挤压工艺中引入了沿板材横向额外流速和沿挤压方向流速差，板材具有细小晶粒的微观组织和多种类型的织构。板材横向从边缘到中心基极逐渐偏离法线方向，在板材中心区域达到最大倾角65°。此外，除了横向梯度挤压板材中心区域外，板材基极沿挤压方向向横向偏转40°–63°。与传统挤压板材相比，横向梯度挤压板材具有高的延展性和应变硬化指数（n值），低的屈服强度和Lankford值（r值）。由于横向梯度挤压板材在变形过程中基面滑移和拉伸孪晶容易被激活，板材延伸率最高可达41%，屈服强度低至86.5 MPa。     

预处理对高应变速率轧制镁合金板材组织均匀性和力学性能的影响

传统的镁合金板材加工技术存在生产效率低、成本偏高和成形性能不够理想等局限.本论文采用高应变速率轧制对AZ31镁合金进行轧制,对比研究了两种预处理方法对板材组织性能的影响.结果表明,高应变速率轧制是获得具有细小晶粒组织和良好综合力学性能的镁合金板材的有效手段.经过预变形+均匀化的预处理,高应变速率轧制板材的组织均匀性得到...     

热轧AZ31镁合金薄板的室温成形性

针对AZ31镁合金板材室温冲压成形较差的特点,采用不同轧制温度获得镁合金板材,使用半球形凸模胀形,绘制镁合金室温成形极限图并分析轧制温度对镁合金板材组织和室温成形能力的影响.发现AZ31镁合金板材的成形性能不仅与晶粒尺寸有关,还与晶粒取向有关.基面织构的减弱可明显提高板材的胀形性能,在基面织构强度相似的情况下,晶粒尺寸对板材的成形性能起决定性影响.     

高性能镁合金板材项目建设分析

本文简要介绍了建设镁合金板材项目重要性,说明了镁合金板材项目建设的整体情况,并对镁合金板材项目的发展提出一些见解,以供参考。     

基于Gurson模型的镁合金板材温热冲压成形研究

在Gurson损伤模型的基础上,采用有限元数值模拟与温热冲压实验相结合的方法,对镁合金板材温热冲压成形过程中的材料损伤过程进行了预测.考虑了板材的塑性各向异性行为,通过用户自定义材料子程序VUMAT将损伤模型嵌入到有限元软件ABAQUS/Explicit中.采用单轴拉伸试验数据与有限元数值模拟结果进行迭代,确定了Gurson模型所需要的材料参数.使用ABAQUS模拟得到了镁合金板材温热冲压过程中微孔洞的演变及分布规律.通过扫描电子显微镜,对不同温度下的AZ31镁合金板材由孔洞增长和聚合引起的内部损伤演化进行了观察分析.研究结果表明,板材中微孔洞的分布与实验数据相吻合,说明本文所提出的方法可以应用于金属板材温热冲压成形性能预测.     

超声铸造对AZ31镁合金铸锭及热轧板材组织与性能的影响

采用超声铸造方法制备AZ31镁合金铸锭,并对其组织性能进行研究.研究结果表明:超声铸造后AZ31合金铸锭晶粒尺寸平均值为140 μm,比常规铸造的铸锭品粒尺寸350 μm更细小,同时合金中第二相分布更加均匀弥散,这使合金铸锭的综合力学件能提高并有利于后续铸锭的热轧开坯.经过超声铸造的AZ31镁合金热轧后板材的品粒尺寸(5～30 μm)也比常规铸造锭坯热轧板材晶粒尺寸(40～60 μm)要细小,这使超声铸造AZ31镁合金热轧后板材的典型力学性能比常规铸造后热轧的合金板材的好,抗拉强度提高约18％,伸长率相当;超声铸造有利于细化AZ31镁合金晶粒,改善第二相在枝晶间的分布,提高合金的力学性能和加工变形能力.     

异步轧制AZ31镁合金板材的组织性能研究

采用异速比为1．05的异步轧机,在600K和650K温度下,对AZ31镁合金进行道次压下量分别为5％,10％及20％的异步轧制,并将所得板材与同步轧制板材进行对比．实验结果表明：异步轧制不能从本质上改变AZ31镁合金的基面织构组分,但能在一定程度上削弱（0001）基面织构;异步轧制能减少镁合金板材中的孪晶并促进动态再结晶的发生,使板材的晶粒组织细化和均匀化,从而提高镁合金的塑性变形能力,与同步轧制板材相比,异步轧制板材的室温强度稍有降低,但轧向与横向延伸率均提高了约33％。     

利用表面纳米化技术改善AZ31镁合金的弯曲性能

镁合金因为其低密度和高比强度,成为新一代的结构材料。对比钢铁和铝合金,镁合金板材的弯曲成型性能相对较差。对于如何提高其成型性能成为了近年来的研究重点。表面纳米化是一种有效提高镁合金强度和表面硬度的手段,然后镁合金在表面纳米化之后,其塑性会明显降低,从而影响成型性能。 本文通过超声喷丸的方式,在镁合金的表面制备了不同厚度（51–145 μm）的纳米层,研究了表面纳米化之后的AZ31镁合金板材的V型弯曲性能。通过研究发现,双面纳米化处理的镁合金表现出和未处理相近的弯曲性能。同时,单面处理的板材表现出优于未处理板材的弯曲性能。当纳米层在弯曲过程中位于单侧处理的板材的内测,其改变了板材中性层在弯曲过程中的外移趋势,从而提高了弯曲性能,研究表明这种提高是非常有限的。在超声喷丸5 min处理的板材中,其中性层偏移最少,更厚的纳米层使得中性层偏至板材内测,从而降低弯曲性能。当纳米层在弯曲过程中位于板材的外层时,板材的弯曲性能也得以提高并且提高程度随着纳米层厚度的增加而增加。这是因为纳米材料在弯曲过程中导致了应力应变的再分布。在板材外层增加纳米层后,其弯曲顶端得到了应力更大应变更小的一种分布情况,而这种分布有利于纳米化后的板材的弯曲,从而阻止了裂纹的产生,提高了弯曲性能。     

凹模温度对AZ31B镁合金板材冲压成形性能的影响

采用Nakazima半球凸模胀形法获取不同凹模温度下AZ31B镁合金板材的成形极限曲线(FLC),研究了温冲压过程中凹模温度对镁合金板材成形性能的影响.运用有限元法对等双拉试样进行热-力耦合模拟,得到不同凹模温度下的温度场,分析AZ31B镁合金板材与凹模在热传递过程中的热-力耦合关系.另外,通过试制汽车行李箱铰链支架盖板零件,验证了实际工况下凹模温度对AZ31B镁合金板材成形极限的影响.结果表明:凹模温度的降低,会显著改变AZ31B镁合金薄板成形时的温度梯度分布,造成材料成形极限的下降以及破裂位置的改变;不同凹模温度下所得FLC的模拟值与其实验值相符.     

镁合金板材温热冲压成形热力耦合数值模拟

采用Gleeble3500热模拟试验机进行单向拉伸试验,获取了材料的力学性能参数,分析了AZ31镁合金板材的力学性能特点.采用热力耦合技术对镁合金板材温热冲压过程中的温度场进行了数值模拟,研究了冲压过程中温度场的分布规律,并对差温拉延工艺进行了分析.结果表明:差温拉延工艺可以提高镁合金板材的温热成形性能;采用热力耦合技术的数值模拟更能反映AZ31镁合金板材的温度敏感特性.     

变形镁合金的研究热点概述

铸造工艺是镁合金件制造的主流,但经过塑性加工成形的镁合金产品具有更好的力学性能,可适应更为多变的工况需求。国际镁业协会认为,镁合金的长期发展目标应放在新变形镁合金与新成形工艺的开发与研究上。该文概述了变形镁合金目前在世界上的研究热点,分析了中国研究者的变形镁合金研究特点并建议在提高镁合金板材常温下的塑性成形性能方面多做工作,以增强中国镁合金深加工的技术能力。     

热处理对含Y元素AZ31镁合金板材组织和性能的影响

对含Y元素AZ31镁合金板材进行退火处理后的组织和性能进行了研究.结果表明:随着退火温度的升高,镁合金晶粒尺寸逐渐增大,力学性能略有提高然后降低;退火时间对镁合金晶粒尺寸影响不大;在300℃下退火1 h后板材性能达到最佳,抗拉强度为255 MPa,屈服强度为170 MPa,延伸率为24%;经过热处理后镁合金断裂方式为准解理断裂和韧性断裂的复合形式.     

变形镁合金的研究热点概述

铸造工艺是镁合金件制造的主流,但经过塑性加工成形的镁合金产品具有更好的力学性能,可适应更为多变的工况需求。国际镁业协会认为,镁合金的长期发展目标应放在新变形镁合金与新成形工艺的开发与研究上。该文概述了变形镁合金目前在世界上的研究热点,分析了中国研究者的变形镁合金研究特点,并建议在提高镁合金板材常温下的塑性成形性能方面多做工作,以增强中国镁合金深加工的技术能力。     

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。     

大应变轧制技术制备细晶AZ31镁合金板材

晶粒细化可以改善镁合金的强度和延性,通过控制轧制工艺可以控制变形组织.文中研究了不同轧制道次变形量对AZ31镁合金组织和性能的影响.实验结果表明:随着轧制道次变形量的增加,轧制应变速率增加,镁合金发生了动态再结晶,获得细小的晶粒组织,板材的硬度增加;但是,当轧制道次变形量增加到一定值之后,板材的表面出现宏观裂纹;采用大的道次轧制应变技术,可以减少轧制道次,制备晶粒尺寸为2～5μm的细晶镁合金板材.     

基于正交设计的局部结构镁合金板材零件热冲锻成形工艺优化

板材冲锻成形技术是一种板材零件的成形方法,在板材形状成形的同时对于局部特征结构进行体积成形。对于一些带有凸台、凸筋类局部结构的板材零件,其成形过程需要运用冲锻成形的方法来实现。铝合金、镁合金等轻合金比较适用于冲锻成形这种方法。该工艺具有生产效率高、材料利用率高、零件精度高等特点,现已广泛应用于小型板成形零件的生产当中,同时也是材料成形领域中的研究热点。针对带有局部特征结构的AZ31镁合金板材零件的热冲锻成形过程进行模拟,设计正交模拟方案,考察温度、凸模内孔圆角半径、摩擦因子、板材厚度和板材直径等参数对成形性能的影响。结果表明,一定的摩擦条件、良好的成形温度、合理的模具结构和板材厚度的选择,可以有效减小成形所需的最大载荷,并能够获得成形性能更好的工件。     

双辊铸轧镁合金薄带冷轧实验研究

采用AZ31镁合金铸锭在实验室立式等径双辊铸轧机上进行铸轧试验;对铸轧带坯直接进行冷轧和冷轧后退火处理.研究了AZ31镁合金薄带立式双辊铸轧工艺及铸轧带坯进行冷轧、轧后退火过程的组织演变行为.采用合理的工艺参数,成功铸轧出镁合金薄带,同时由于双辊铸轧快速冷却和压力下凝固成形技术特点,改善了镁合金的凝固组织.对铸轧镁合金带坯直接进行冷轧,最大变形量可以达到40.7%.经过冷轧后的镁合金板材,在350℃下退火30~60 min,可以获得平均晶粒直径为9~10μm的等轴晶细晶组织.