AZ80和ZK60鎂合金熱變形行為及熱擠壓成形工藝研究.pdf

1、隨著制作大型結(jié)構(gòu)件、結(jié)構(gòu)多樣化和輕量化的要求，變形鎂合金在未來交通、航空航天、家電等領(lǐng)域都將起著無可替代的作用。然而，變形鎂合金塑性成形技術(shù)研究的相對(duì)遲緩，大大限制了變形鎂合金的廣泛應(yīng)用。因此，深入研究變形鎂合金的變形行為、成形性能及塑性成形技術(shù)對(duì)于突破現(xiàn)階段變形鎂合金產(chǎn)品類別少、應(yīng)用范圍窄的局限，使變形鎂合金作為理想的輕質(zhì)材料在更多更廣闊的領(lǐng)域得到應(yīng)用有著相當(dāng)重要的理論和應(yīng)用意義。
　　本文的目的是通過對(duì)連鑄AZ80鎂合金和擠壓

2、態(tài)ZK60鎂合金在不同變形條件下的熱壓縮行為、微觀組織演變、成形性能及熱加工圖的研究，在建立本構(gòu)模型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶演化模型的基礎(chǔ)上，對(duì)鎂合金典型擠壓零件（多層殼體和管件）熱成形過程和內(nèi)部組織演變進(jìn)行數(shù)值模擬。同時(shí)利用自己設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行實(shí)際成形研究，探索在復(fù)雜成形過程中鎂合金的流動(dòng)規(guī)律和組織演變規(guī)律，確定使鎂合金獲得良好變形性能的工藝條件，進(jìn)而對(duì)鎂合金進(jìn)行固溶及時(shí)效處理來提高其使用性能，從而為鎂合金塑性成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。為

3、此，本文著重進(jìn)行以下幾個(gè)方面的研究:
　　采用連鑄AZ80鎂合金和擠壓態(tài)ZK60鎂合金，在240～440℃溫度范圍內(nèi)和0.001～1s-1的應(yīng)變速率條件下，通過單向熱壓縮實(shí)驗(yàn)研究變形鎂合金在高溫下的塑性變形行為，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了設(shè)備誤差修正、摩擦影響修正和溫度修正，得到了AZ80和ZK60鎂合金精確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，建立本構(gòu)模型、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶演化模型及等溫條件下的晶粒長(zhǎng)大模型，為數(shù)值模擬計(jì)算和預(yù)測(cè)流變應(yīng)力及微觀組織提供了有效的計(jì)算方

4、法和數(shù)學(xué)模型依據(jù)。通過對(duì)建立的AZ80和ZK60鎂合金在溫度為240℃～440℃、應(yīng)變速率為0.001～1s-1、應(yīng)變分別為0.1～0.6條件下熱加工圖的研究表明:AZ80鎂合金絕大部分為可加工區(qū)，塑性流動(dòng)失穩(wěn)區(qū)域隨變形量的不同而發(fā)生改變，塑性失穩(wěn)區(qū)大都在高應(yīng)變低溫區(qū)和高溫區(qū)域;ZK60鎂合金具有良好加工性能的區(qū)間在280～420℃及應(yīng)變速率0.003～0.2s-1的范圍內(nèi)。
　　采用數(shù)值模擬和物理模擬相結(jié)合，對(duì)不同凹模型面對(duì)擠壓

5、過程的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，半模角α在60°～70°時(shí)，管材成形所需擠壓力較小且有利于金屬流動(dòng)。錐模的擠壓力較小且材料利用率較高，適用于實(shí)際生產(chǎn)。當(dāng)錐模半模角為70°時(shí)，管材成形所需擠壓力最小。采用有限元數(shù)值模擬的方法分析和預(yù)測(cè)AZ80鎂合金多層殼體零件及ZK60鎂合金管件熱擠壓成形過程中工藝參數(shù)對(duì)成形力及微觀組織的影響規(guī)律。研究表明:擠壓力與擠壓速度、擠壓比及摩擦系數(shù)成正比，而與坯料溫度成反比;變形溫度升高，晶粒長(zhǎng)大;速度增加，晶

6、粒細(xì)化;變形程度越大，再結(jié)晶晶粒就越細(xì)小。在設(shè)備允許的情況下，為了獲得細(xì)小均勻的組織，應(yīng)選擇較高的擠壓速度和擠壓比，較低的坯料溫度。
　　通過模擬優(yōu)化，分析多層殼體件及管件的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)，計(jì)算成形力，并設(shè)計(jì)制造適合AZ80鎂合金多層殼體件反擠壓成形和ZK60鎂合金管件熱擠壓成形的實(shí)驗(yàn)裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于AZ80鎂合金多層殼體件反擠壓成形研究結(jié)果表明:坯料直徑在φ75mm左右成形性較好，當(dāng)直徑大于φ88mm，易使擠壓力過大，造成

7、掉底，當(dāng)直徑小于φ65mm，不容易對(duì)中，造成偏心;在模具溫度為一定（大于290℃）時(shí)，坯料需要加熱到350℃以上，才能得到外觀較好的零件，擠壓后零件晶粒明顯細(xì)化，隨坯料溫度的升高，力學(xué)性能呈現(xiàn)先降低后升高的規(guī)律;當(dāng)坯料溫度一定時(shí)，成形零件隨模具溫度逐漸升高，零件的成形性、力學(xué)性能逐漸升高。對(duì)于AZ80鎂合金多層殼體件反擠壓成形，模具溫度320～350℃，坯料溫度350～410℃范圍內(nèi)所擠壓成形的零件綜合性能較好。ZK60鎂合金管件熱擠壓

8、成形研究結(jié)果表明:對(duì)1mm/s、1.5mm/s、2mm/s三個(gè)速度進(jìn)行管材擠壓實(shí)驗(yàn)和金相組織分析，可得出，增大擠壓速度有利于管材件的晶粒細(xì)化，但同時(shí)擠壓力也會(huì)變大，因此，1.5mm/s為合理的擠壓速度;在270～390℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，隨溫度的升高，擠壓力減小而晶粒尺寸增大;從擠壓力和晶粒尺寸兩方面考慮，坯料溫度在300～360℃時(shí)的等溫?cái)D壓適合管材成形;當(dāng)T坯=330℃，T模=300℃時(shí)，晶粒尺寸細(xì)小且組織均勻，擠壓力也比較合理，

9、最利于管材擠壓成形。
　　考察AZ80鎂合金熱成形后進(jìn)行固溶及時(shí)效處理工藝的組織性能，結(jié)果表明:經(jīng)固溶處理后，隨固溶溫度的提高，位于晶界處的粗大、硬脆第二相β-Mg17Al12彌散均勻于基體中，第二相的溶解導(dǎo)致鎂合金內(nèi)強(qiáng)化相的減少或消失，因而合金塑性得到提高，而強(qiáng)度下降;隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，β-Mg17Al12相的數(shù)量逐漸增加，且連續(xù)析出相的比例逐漸增多，導(dǎo)致合金的抗拉強(qiáng)度逐漸升高，而合金的延伸率明顯降低;AZ80鎂合金固溶處理后，