熱處理對AZ31鎂合金軋制板材室溫成形性能的影響

王自啟

（重慶文理學(xué)院，重慶 402160）

熱處理對AZ31鎂合金軋制板材室溫成形性能的影響

王自啟

（重慶文理學(xué)院，重慶 402160）

本文通過杯突和拉伸實(shí)驗(yàn)的方法，研究AZ31鎂合金軋制板材在不同熱處理?xiàng)l件下的室溫成形性能。研究表明：熱處理后鎂合金的室溫成形性能發(fā)生了改變，在350℃、15min、空冷的熱處理?xiàng)l件下，杯突值最大，IE值由供應(yīng)態(tài)的2.50mm增加到3.88mm，板料趨于各向同性，室溫成形性能最好。

AZ31鎂合金；熱處理；成形性能

由于鎂合金具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了其室溫下變形困難、滑移系少、塑性差，因此它的這些缺陷限制了鎂合金的廣泛應(yīng)用。隨著對鎂合金研究的深入，已經(jīng)表明鎂合金的室溫成形性能與它的晶粒尺寸存在著一定的關(guān)系，也就是說細(xì)小均勻的晶粒不但能提高室溫下鎂合金的力學(xué)性能同時(shí)還有利于激活鎂合金新的滑移系，從而通過提高鎂合金組織內(nèi)的晶間協(xié)調(diào)變形能力，達(dá)到了鎂合金室溫下的塑性變形能力。因此，本文主要研究的是，如何通過熱處理細(xì)化晶粒的方法提高鎂合金的室溫成形性能。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為厚度為1 mm 的AZ31鎂合金軋制板材，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Al：3.18∶%、Zn：1.02%、Mn：0.34%；Fe：0.002%；Si：0.022%等。

1.2 試驗(yàn)方法

本文按照GB4156-84《金屬杯突試驗(yàn)方法》在GBS-60B數(shù)顯自動(dòng)杯突試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫下的杯突試驗(yàn)。杯突試件的尺寸：90mm×250mm×1mm，采用0.5cm/min ～2cm/min的試驗(yàn)速度，1000N的壓邊力。試驗(yàn)時(shí)，球形沖頭把板材壓入凹模內(nèi)，當(dāng)板材出現(xiàn)裂紋時(shí)，測量沖頭的壓入深度，此深度即為試樣的杯突值。試驗(yàn)過程中記錄不同時(shí)刻的沖壓深度值和沖壓力的大小，根據(jù)沖壓深度值和沖壓力的大小做出成形力-凸模位移曲線。

按照GB/T228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》加工拉伸試樣，在線切割機(jī)上分別沿著板材的橫向（TD）和軋制方向（RD）取標(biāo)距長為15mm、寬為10mm的試樣。取樣后在微機(jī)控制電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單向拉伸實(shí)驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 熱處理對板材脹形性能的影響

本試驗(yàn)用杯突實(shí)驗(yàn)來研究板材室溫下的成形性能。杯突實(shí)驗(yàn)是用來測定或評價(jià)板材脹形成形性能的一種模擬試驗(yàn)。一般情況下，如果室溫下的杯突值越大，那么材料的室溫脹形性能就相對越好，材料就越容易成形。

由圖1可知， 在杯突試驗(yàn)中，熱處理前后AZ31鎂合金軋制板材的破裂部位均在凸模的正下方，裂紋呈直線分布大多平行于軋制方向。圖1中的（c）和（d）中可以看出；凸包的高度明顯變大，并且在沿著XD方向的橫向裂紋也比較明顯，因此，從宏觀角度表明圖1中的（c）和（d）兩種熱處理?xiàng)l件下板材逐漸趨于各向同性，室溫成形性能最好。

圖1 不同熱處理?xiàng)l件下AZ31鎂合金板材室溫杯突試樣斷裂宏觀形貌（空冷）

鎂合金板材在不同熱處理?xiàng)l件下的室溫杯突值如表1所示。AZ31鎂合金板材的杯突值隨著熱處理溫度的升高，先增加后降低。 在200℃的熱處理溫度下，由于板材的顯微組織幾乎沒有變化，室溫下的杯突值稍有增加；在400℃熱處理溫度下，由于板材氧化嚴(yán)重和晶粒嚴(yán)重長大，其室溫下的杯突值反而下降。在350℃、15min空冷的熱處理?xiàng)l件下，板材的杯突值達(dá)到最大，由供應(yīng)態(tài)的2.50mm增加到3.88mm。這可能是由于在此熱處理?xiàng)l件下板材內(nèi)部孿晶消失、基本完成了再結(jié)晶、且晶粒均勻細(xì)小的原因。

表1 鎂合金板材在不同熱處理?xiàng)l件下的室溫杯突值

在杯突試驗(yàn)中，成形力與凸模位移與的變化曲線如圖2所示。

圖2 力與凸模位移的變化曲線

由圖2可以得出：當(dāng)凸模運(yùn)動(dòng)相同位移時(shí)，供應(yīng)態(tài)板材的成形力均大于經(jīng)過熱處理的板材成形力，即經(jīng)過熱處理，板材具有更好脹形性能和室溫成形性能。另外，從凸模的位移變化中可看出：熱處理后的板材凸模位移大于供應(yīng)態(tài)板材的凸模位移，這表明熱處理后板材的杯突值大于供應(yīng)態(tài)板材的杯突值。

2.2 熱處理對板材各向異性的影響

圖3分別表示了不同狀態(tài)下AZ31鎂合金軋制板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的室溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

圖3 熱處理對AZ31鎂合金板材各向異性的影響

由圖3可得：供應(yīng)態(tài)板材沿著RD和XD方向抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后延伸率存在著明顯的變化，也就是說在室溫下供應(yīng)態(tài)板材表現(xiàn)出了一定的各向異性，并且板材沿著軋制方向的室溫成形性能高于沿著垂直于軋制方向的室溫成形性能；在350℃、15min空冷的熱處理?xiàng)l件下，板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后延伸率幾乎相同（因?yàn)榘宀氖覝叵卵刂堉品较蚝脱刂怪庇谲堉品较虻膽?yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎是重合的）；在400℃、5min空冷的熱處理?xiàng)l件下，板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后延伸率也幾乎相同。由此可見，經(jīng)過熱處理后，板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷后延伸率幾乎相同，即熱處理后板材逐漸趨于各向同性。

3 總結(jié)

本文通過杯突和拉伸實(shí)驗(yàn)的方法，研究AZ31鎂合金軋制板材在不同熱處理?xiàng)l件下的室溫成形性能，得出如下結(jié)論：

（1）AZ31鎂合金板材的杯突值隨著熱處理溫度的升高，先增加后降低。在350℃、15min空冷的熱處理?xiàng)l件下，室溫杯突值最大，與比供應(yīng)態(tài)杯突值提高了55.2%，此條件下板材的脹形性能最好。

（2）熱處理后板料由供應(yīng)態(tài)的各向異性逐漸趨于各向同性，在350℃、15min空冷的熱處理后，板料沿著RD方向和TD方向的性能基本相同，表現(xiàn)出明顯的各向同性，板材的室溫成形性能得到了顯著提高。

［1］Yu Kun，Rui Shou-tai，Song Jue-min，etc.Effects of grain refinement on mechanical properties and microstructures of AZ31 alloy［J］.Transaction of Nonferrous Metals Society of China，2008（18）：39-43.

［2］肖景榮，姜奎華.沖壓工藝學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：155.

［3］彭偉平，曾攀，李培杰等.AZ31鎂合金鑄軋板材熱拉深工藝研究［J］.塑性工程學(xué)報(bào)，2009，16（01）：37-41.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.032