研究方向课---az镁合金型材模具设计及组织性能研究.doc

1、目 录1课题的研究意义及目的12镁合金型材概述32.1镁合金概述32.2镁合金的塑性性能42.3镁合金的应用62.3.1航空航天和军事领域72.3。2汽车行业72.3。3 3C产业93国内外变形镁合金研究现状104镁合金塑性成形技术发展现状124.1挤压技术124.1.1挤压温度124。1.2模具温度134。1.3挤压速度134。1。4挤压比134.1。5坯料状态144.2轧制技术154.3冲压工艺164。3.1镁合金冲压工艺164。3。2镁合金板材冲压工艺研究现状164.4其他生产工艺17参考文献191 课题的研究意义及目的随着科技的发展，在21世纪，保护环境，实现人类的可持续发展，已经成为

2、世界各个国家共同关心的问题。合理使用、节约和保护资源，提高资源的利用率，从传统的高消耗、粗放型模式向可持续发展、集约型模式转变，也已经受到社会各界的普遍重视。镁是所有结构用金属及合金材料中密度最低的，与其他金属结构材料相比，镁及其合金具有比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工,易回收等一系列优点1-3。鉴于这些优点，镁合金已被广泛地应用于汽车、通信、电子、电器、航空、航天、国防、冶金、化学、办公、家用和体育用品等行业中，被誉为“21世纪的绿色工程材料”4.特别是自二十世纪九十年代初以来，日益紧迫的能源和环保问题极大地刺激了镁合金的发展，全球范围内对镁合金的需求呈现强劲、持

3、续的增长趋势,其应用重点也由航空、航天和军事等领域转向交通运输、电子、电器等民用领域59。尽管如此,镁从被发现至今近两百年来,工业应用发展缓慢，尤其是变形镁合金。虽然近十几年来，镁合金呈现出快速发展的势头，但是其应用范围仍受到很大限制，这主要是因为传统上视镁合金为一种塑性成形性能差的材料，同时，大多数镁合金又具有较好的铸造性能，使得目前镁合金产品以铸件尤其是压铸件居多。所以，与目前较成熟的镁合金铸造技术(尤其是压铸技术)相比,镁合金的锻造、挤压、轧制、拉拔、冲压等塑性加工技术发展则相对缓慢,造成这种局面主要有以下原因：镁合金的塑性变形能力较差，采用传统的塑性加工技术难以解决这一问题；对镁合金的

4、塑性变形理论研究不够深入,变形镁合金的研制和开发缺乏理论指导；未能开发出行之有效的变形镁合金塑性成形新技术;相对于铸造产品而言，变形镁合金产品的成本更高。但铸造镁合金产品存在力学性能不够理想、形状尺寸受限等缺点，而市场的需求刺激了镁合金基础理论和应用研究的发展，但同时也对镁合金的性能提出了日益苛刻的要求。因此对镁合金的研究重点正逐渐转向变形镁合金，特别是变形镁合金板材可用作手机、笔记本电脑和家用电器等产品的壳体、汽车蒙皮、车内面板等零部件，更加具有巨大的市场需求和应用前景.目前市场上变形镁合金主要应用于壳体和板材方面，而镁合金型材应用范围则小。市场上的门窗和幕墙多为铝合金和塑钢制品，占据了市场

5、的全部份额。与塑钢相比，镁合金的强度、刚度更为优秀，气密性好，不易变形，寿命长，造价低廉，而且镁合金门窗具有金属质感，在高档门窗市场上更具有潜力;与铝合金相比,镁合金门窗、幕墙强度高，刚性好,比重轻,抗腐蚀性好,性价比高，可以达到同样的金属质感。所以镁合金在门窗、幕墙的市场上有很大的潜力。汽车上使用的了少量型材，也多为铝合金制品，而若采用镁合金,则会大大减少汽车的重量，达到节能减排的目的。镁合金型材同样也可以应用于手机外壳，其优良的电磁屏蔽性能可减少电磁辐射对人体的伤害，并且可减少组建的数量，比工程塑料更具金属质感，耐磨性。基于此,本课题选择以AZ31 镁合金为对象，设计镁合金型材挤压模具,采

6、用挤压技术研究AZ31镁合金型材的制备工艺,研究热处理工艺参数对AZ31镁合金型材组织性能的影响规律，同时为今后探索出实用的镁合金塑性成形工艺提供理论依据.2镁合金型材概述2.1镁合金概述镁合金是工业应用中最轻的结构材料,纯镁的密度为1。738g/cm3，是铝的2/3,钢的1/4。镁在地壳中的储量很大，占2.7%,在金属元素中仅次于铝和铁.中国有着丰富的镁资源,菱镁矿储量27亿吨,居世界首位,白云石更是高达70亿吨，目前我国的原镁产量占世界第一位10。镁合金具有较高的比强度，其比强度与铝合金、碳钢相当，具有较好的强度和强度，如图1所示11。镁合金的力学性能优良,具有良好的切削加工性能和铸造性能

7、,高纯镁合金还具有优良的耐腐蚀性能，良好的导电导热性以及电磁屏蔽性等优点。镁及镁合金具有优良的减振性能,从而使其在许多应用中具有降低振动和噪音的能力。图1 几种典型结构材料的比强度和比刚度个人电脑、移动电话等使用时会发出高频电磁波，如果电磁波穿过机体外壳，则会导致干扰信号、降低通讯和运算的质量，同时,还会对人体健康造成危害。制造电子器材外壳不需要作导电处理，就能获得很好的屏蔽效果。另外镁制外壳还能及时散出机件运行产生的热量，提高机器的工作效率和使用寿命。在电子产品中使用镁合金，能适应了电子元件高度集成化和轻薄短小化的发展趋势。在许多情况下,镁合金在上述汽车行业和电子行业应用时,是代替难以回收利

8、用的工程塑料，而镁合金的回收利用费用只占新材料成本的4%，因而被称为对环境“绿色”的材料12。总之，镁合金与其它结构材料相比，具有以下特征13：a。重量轻，镁金属是所有商业金属中重量最轻的金属,按=1。8g/cm3计算，与塑料相近,比铝轻30%,是铁的1/4。b.比强度高，高于铝合金和钢；比刚度与铝合金和钢相当，具有一定的承载能力。c。弹性模量大、刚性好。d.有良好的铸造性和尺寸稳定性,容易加工，生产成本低。e.对环境不良影响小,镁金属及其合金是一种环保型材料，对环境无污染，其废料回收利用率高达85以上，由于其回收利用时能耗低，回收利用的费用仅为相应新材料价格的4左右。f。可压铸性，镁合金具有

9、良好的可压铸性，这使得现有镁金属制品大部分是压铸件，以便实现大批量、高效率的工业生产。g。在高温下有较好的塑性，因此可用压力加工的方法可获得各种规格的棒材、管材、型材、锻材、模锻件和板材，以及冲压件等。h。抗电磁干扰及屏蔽性好,加上其优良的综合力学性能，在3C产品中能得以广泛的应用。i。良好的阻尼性能，减振性能优于铝合金和铸铁，用于壳体可以降低噪音，用于座椅、轮圈可以减少振动，提高汽车的安全性和舒适性,因此在汽车行业必将有很大的应用前景。2.2镁合金的塑性性能纯镁的晶体结构为密排六方(HCP）(如图2所示)，a=0。3209nm,c=0。5211nm，c/a=1。6236，与理论值1。633十

10、分接近。由于晶体发生塑性变形时滑移面总是原子排列的最密面，而滑移方向总是原子排列的最密方向，因此多晶密排六方结构的镁,其塑性变形在低于498K时仅限于基面0001<滑移及锥面孪生11， 14。与其它常用金属相比，如铝（FCC结构)、铁（BCC结构）、铜(FCC结构）,镁的滑移系少是造成其塑性变形能力差的主要原因。在较高温度下，由于晶体中>滑移可以出现，从而使镁在高温下的塑性增加.此外，由于密排六方晶体各晶面原子密排程度常随轴比（c/a)值变化而改变，因此在镁中加入锂（Li)、铟（In）和银（Ag）等元素可以使轴比降低,如镁中加入8Li(摩尔分数），轴比下降到1。618，从而激活棱柱

11、滑移系,使镁合金在较低温度下也具有较好的延展性15。图2 金属镁的晶体结构Fig.2 Unit cell crystal of magnesium(a）Atomic positions；(b)Basal plane，a face plane and principal planes of zone；（c）Principal planes of zone；（d)Principal directions晶粒细化对于改善镁合金屈服强度与延展性有巨大的作用与潜力.晶粒细化是改善多晶镁变形结构特征、提高镁合金性能的重要途径之一。根据Hall-Petch公式16：式中为多晶体屈服强度，为单晶体强度，K为常

12、数，d为晶粒尺寸。比较镁与铝在Hall-Petch公式作用下的规律（如图3所示）17,18，可见晶粒细化对镁力学性能的提高，其潜力远远大于铝合金。图3 晶粒尺寸对镁合金和铝合金强度的影响Fig。3 Effect of grain size on strength of magnesium and aluminum alloy晶粒细化对镁合金性能的影响作用主要体现在以下几方面19：(1) 由于镁合金为密排六方晶体结构，室温下只有二个独立的滑移系，合金的塑性变形能力较差,晶粒大小对力学性能的影响比体心立方或面心立方晶体结构的合金更为显著，而细小的晶粒则有助于提高合金的力学性能和塑性变形能力；（2）

13、 由于镁合金结晶温度范围宽、热导率较低、体收缩较大，晶粒粗化倾向严重，并且在凝固过程中易产生缩松，热裂等铸造缺陷，而细小的晶粒则有助于减少热裂和疏松等铸造缺陷，从而使合金的性能得到提高;（3) 细小晶粒有助于缩短合金铸态组织中晶界上Mgl7A112等合金相在热处理时的固溶扩散距离，从而使合金的热处理效率得到提高。与铝合金比较，镁合金晶粒细化对强度和塑性的改善更明显.晶粒细化不仅能提高镁合金强度和延展性，而且会导致高应变速率和低温超塑性。2.3镁合金的应用由于镁合金具有密度低、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回收等一系列优点，使得镁合金在电子、电器、汽车、交通、航空、航天等

14、领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景，镁合金最早应用于在航空航天领域，近几年来，已经在民用产品上得到了广泛应用.2.3.1航空航天和军事领域镁合金最初的应用是在军事航空业。1934年开始，德国在航空器上采用了许多镁合金部件。例如，Condor飞机用镁合金板材制作发动机的外壳、机身和机翼下的蒙皮，机翼和尾翼之间的过渡流线外罩，油箱及其他壳体，部件的连接采用铆钉或焊接。当时在Condor飞机上使用的镁合金总重达650kg,其中500kg是镁合金板材20。二战时期，美国在当时设计生产的世界上最大的轰炸机B36(总重162727kg）上，使用了5555k镁合金板，700kg镁合金锻件和300kg镁合

15、金铸件20。二战以后,DOW化学公司把德国为镁工业制造的当时世界上最大的挤压机(14000t）搬到美国，安置在其镁合金变形产品生产线上20。在50年代期间,DOW化学公司生产了大量镁合金板用于航空和火箭工业，其中包括用于Vanguard、Jupiter、Polaries、Thorable Star火箭和Titan、Atlas、Agena等远程洲际弹道导弹20.镁合金在导弹上的应用主要有：镁合金板用于壳体、肋板、隔板（框）及箍圈、控制设备箱体及加强肋、发动机进气导管、头锥壳体、外部流线型罩、组合舱门、雷达天线、气动容器装置等.本文为互联网收集，请勿用作商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途镁

16、合金在促进兵器装备的轻量化方面具有较大的潜力，现已有许多应用实例21：英军的大口径120mBATL6 Wombat无后座力反坦克炮采用了镁合金，在重量减轻后，加上所配的M805 in步枪，总重才308kg；美军装备的M274A1型军用吉普车采用了镁合金车身及桥壳，由于重量轻,机动性及越野性能大大提高；法国MK50式反坦克枪榴弹部分零件应用了镁合金材料，其全弹质量仅800g；俄罗斯生产的POSP6×12枪用变焦距观测镜采用了镁合金壳体.此外，欧美一些国家已将镁合金用于单兵用通讯器材壳体等。2.3.2汽车行业目前能源和环境保护问题正越来越受到世界各国的重视，这为镁合金的应用提供了广阔的空

17、间。美国和欧洲已经制定了严格的汽车排放和燃油标准,据研究，轿车每减少100kg的重量,油耗就降低5%，而如果全球每年生产的汽车中每辆减少100kg的重量，全球CO2的排放量就会减少30以上，大大减轻环境保护压力22.镁合金在家电中的应用也能提高家电的使用性能和可回收性，降低回收成本，降低环境污染，起到环境保护作用。从上世纪90年代开始，西方发达国家的汽车生产商相继制定镁合金在汽车领域的发展计划。1993年，在美国能源部支持下，福特、通用和克莱斯勒三大汽车集团联合制定了“PNGV"计划，旨在采用更多的新技术、新材料生产出重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代轿车.在欧洲,1996年德国推

18、行的“MADICA”计划也极大的推动了镁合金在汽车上的应用23，现在汽车工业已成为对镁合金板材需求最大的行业，在汽车中主要可以作为壳体这种类型零部件。汽车采用镁合金可比铝合金减重2025。大众汽车公司对镁合金的研究和应用有三大战略24，其中变形镁合金在汽车上的应用具有很大的挑战性。镁合金薄板用于制造汽车车体组件的外板(如车门、罩盖、护板、顶板等)，可大大减轻质量。德国大众采用热冲压法开发了镁合金汽车覆盖件,成功地加工出镁合金汽车件，典型的零件有汽车内门板25、内镁外铝的混合车门，用镁板可比用钢板减重50，比用铝板减重20.镁合金板材225左右拉深时的拉深比已超过铝合金和低碳钢板的常温拉深成形极

19、限26，该温度可进行镁合金拼焊板件冲压，实现镁合金在汽车车身上的应用。表2.127为部分汽车零部件采用镁合金材料后的质量减轻效果.表2.1为部分汽车零部件采用镁合金材料后的质量减轻效果汽车零部件原用材料原质量/ kg改用镁合金后质量/ kg减重效果/ 发动机缸体铝合金221914变速器壳体铝合金21。51530油底壳铝合金3233轮毂铝合金231822钢361850框架铝合金14.47。350方向盘钢4。00.978脚踏板钢5.01。172阀体零件锌合金2.50。7722。3。3 3C产业3C产品(Computer、Communication、Consumer Electronic）是当今全球

20、发展最快的产业.镁合金板材与传统3C产品所使用的材料相比，表现了如下的优势，轻量化刚性较好减振性良好电磁屏蔽好散热性好金属质感好可回收利用。因此镁合金板材在3C产业得到了大量的应用，应用地区主要是东南亚国家。1991以来，IBM、松下、DELL等日本公司先后均推出镁合金外壳笔记本电脑,目前38cm以下的机种已全面使用镁合金外壳，中国的联想、华硕等笔记本电脑1999年也部分采用了镁合金外壳。中国台湾是全球镁合金机壳生产基地,台湾镁合金产业2000年合计360万片的总产量将足够供应全球600万台镁合金笔记本电脑外壳约60的需求。近年来，镁合金在3C产品上的应用得到持续增长，从笔记本电脑扩大到了手机

21、、投影机、数码摄像机、相机、唱机等产品.索尼公司研制的第一台数码摄像集成系统，TCDD100数码随身听,MZE50微型唱机,外壳均采用镁合金。三星和LG等韩国厂商也积极采用镁合金制作手机外壳,目前手机外壳采用镁合金的占总产量的10%-11。镁合金轻量化、散热快、成型性能好和电磁屏蔽率高的特点，在获得笔记型号电脑制造商的青睐之后，在更强调轻、薄、短、小的移动电话制造商中也倍受欢迎,镁合金的流行大潮涌向手机市场。此外,壁挂式电视机和台式电视机镁合金机壳正在研制。3国内外变形镁合金研究现状镁可以应用的领域十分广泛，但目前其主要的应用方式是作为铝合金的添加剂，因此镁合金的开发和应用还具有很大的发展潜力

22、。以前镁合金的应用远不及其它金属材料那样被重视,正如著名材料专家Cahn28所指出的，“在材料领域中还没有任何材料象镁那样存在潜力与现实如此大的颠倒”。西方发达国家十分重视变形镁合金的研究与开发，变形镁合金材料已开始向系列化发展,产品应用领域不断扩展。其中美国的变形镁合金材料体系较为完备，合金系列有Mg-Al、Mg-Zn、MgRE、MgLi、Mg-Th等，可以加工成板、棒、型材和锻件，并且开发出了快速凝固高性能变形镁合金、非晶态镁合金及镁基复合材料等11, 14, 17。美国与世界上最大的镁生产企业挪威Novsk Hydro公司签定了长期合作关系，以保证在21世纪前期镁原料和镁产品的充足稳定的

23、供应12，13。日本在1999年由教育部、科技部、体育部和文化部共同组织实施了“Platform Science and Technology for Advanced Magnesium Alloy”计划28， 29，着重研究镁的新合金、新工艺，开发超高强变形镁合金材料和可冷压加工的镁合金板材。镁合金薄板轧制，由萨尔吉特镁技术公司(Salzgitter）承担，在它们的轧机上可制得1。0毫米×1350毫米×3000毫米的薄板;伊利可创镁业公司提供了研究用的、经形变热处理的、高强度镁合金板材；伊利可创镁业公司北美分公司(Maghesium Elektron North Ame

24、rica,简称MENA）也提供了一些AZ31及AZ61合金薄板30.个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络我国是世界上最大的产镁国之一，镁资源存储量占全球总储量的22.5%，我国有数百家镁厂的年生产能力在1000t以上，总的生产能力可达10万t/年31，说明我国镁产业在原材料成本上有着极大优势.我国变形镁合金材料的研制与开发仍处于起步阶段，缺少高性能镁合金板，国防军工、航天航空用高性能镁合金板材仍依靠进口，民用产品尚未进行大力开发,因此,研究和开发性能优良、规格多样的镁合金板材显得十分重要。洛阳铜加工集团公司铝镁车间，也一直从事镁合金板材的加工,能生产宽度大于700mm的热轧

25、、温轧镁板，镁板年产量为1050t；近年来正在开发镁合金电极片，其厚度为0.25mm;从1965年建成投产以来，到2004年累计生产7000余吨的镁合金板材。东北轻合金有限责任公司则从事镁合金型材开发与生产，其型材年产量为100t左右；此外，在变形镁合金连铸方面也具有相当丰富的经验。自1998年起，台湾大举向镁合金压铸业进军，形成了大中小相结合的新兴产业，小的企业仅有一台压铸机,大的有40台,产品专一，以笔记本电脑外壳为主,生产效率高。无论其规模还是技术水平均居亚洲第一，并挤身世界先进行列。中国的联想、华硕等笔记本电脑也部分采用了镁合金外壳。近年来，中国镁工业的发展，“十五”期间得到了政府相关

26、部门的高度重视和大力支持。重庆大学在国家“863”、“十五”攻关以及重庆市的大力支持下，开展了变形镁合金的理论研究与产品开发。上海交大轻金属精密成型国家工程研究中心，研发新型镁合金及精密成型技术。清华大学在中关村科技园区创建镁合金产业化成套设备及关键技术示范及孵化基地。还有北京科技大学、东北大学、中南大学、西安工业地学、中科院金属研究所、郑州轻金属研究院等一大批大专院校和科研院所都已加入镁合金及其应用研发的行列中来。 目前，对于镁合金型材的研究比较少，由于大部分镁合金都属于密排六方结构，塑性变形较困难，因此镁合金挤压制品大多以合金元素含量较低的AZ31为主32,33，且制品形状多为简单的棒材或

27、管材。湖南大学的杨忠旺研究了AZ91镁合金型材的挤压工艺，中南大学的王斌研究了ZK60镁合金型材挤压的数值模拟.以上的研究都是基于形状简单的镁合金型材，棒状、田字型以及目字型等.4镁合金塑性成形技术发展现状随着镁合金应用的不断扩展，一些重要的零件也将采用镁合金，这些零件对强度要求高,压铸件很难满足要求,特别是航天和航空零件，主要还是采用塑性加工成形。经塑性加工后，镁合金的断裂应变和耐腐蚀行为明显提高，微观组织、力学性能将会得到明显改善。对镁合金塑性加工技术的研究已成为当今镁合金研究和发展的主要方向，并且已经取得了一定的成果。通过锻造，挤压，轧制，拉拔以及冲压等塑性加工工艺有可能制备出力学性能优

28、异的镁合金材料及部件，在这种情况下，镁合金板材冲压件以其优异的力学性能等优点受到了越来越广泛的关注和研究，而研制高性能，低成本的镁合金板材更是成为研究的热点.4。1挤压技术挤压是制备板材的一种常见的金属塑性加工技术。挤压加工不同于其它的塑性加工方法，其变形过程在近似封闭的工具内进行，材料在变形过程中承受很高的静水压力,有利于消除铸锭中的气孔，疏松和缩孔等缺陷，提高材料的可成形性，使材料在二次成形过程中能承受较大的变形量,从而改善材料的性能。镁合金挤压成形主要工艺参数包括铸锭的温度，模具的预热温度，润滑条件，挤压速度，挤压比等。这些参数选择是否合理,对镁合金能否成功挤压，以及挤压制品的组织、性能

29、和技术经济指标都有很大的影响。4.1。1挤压温度铸锭的温度是挤压时最为重要的参数,它不但影响挤压过程的进行，还影响成品率、产品的质量以及组织和力学性能等。在理论上可以根据合金的相图、塑性图和再结晶图来确定铸锭的温度。铸锭的加热温度还应该保证低于合金的固相线而高于再结晶温度。实际上,铸锭温度的确定远比此复杂，对镁合金而言，需要格外注意防止燃烧和爆炸。镁合金挤压时，坯料的加热温度主要取决于合金的种类和挤压件的形状，一般在573K723K之间.挤压件形状比较复杂时，坯料可选用较高的加热温度。此外，在挤压过程中,还应考虑变形热和摩擦热。一般来说，金属塑性变形时变形能的9095转变为热量。这些热量可使金

30、属温度升高，屈服强度降低，因而在一定的变形力下可达到的变形程度增大.但随着挤压温度的升高，晶粒逐渐变大。对于温度升高时发生相变的某些合金系，在高于相变温度下挤压时晶粒会变得很粗大。如果坯料温度过高或挤压过程坯料温升过大，容易导致挤压件发生热裂。因此在镁合金挤压时，一定要合理地选择挤压温度。4。1。2模具温度镁合金变形温度范围较窄，与冷模接触时极易产生裂纹。此外，坯料降温过快会降低材料地流动性能,因此必须对模具进行预热。由于坯料与模具地接触面积较大，变形时间较长，模具地加热温度一般要低于坯料加热温度。挤压筒、垫片、模具地温度一般比坯料地温度低25K，以补偿由于摩擦热、变形热而引起地温升.4.1。

31、3挤压速度挤压速度的大小受合金成分、铸锭组织特征、挤压方式、挤压设备、挤压温度、润滑条件等的影响.挤压速度的确定同挤压温度一样也十分的复杂，挤压速度确定的原则是:在保证制品不产生表面裂纹、毛刺、弯曲等表面质量的前提下,当挤压机的能力容许时，挤压速度越快越好。当挤压速度提高时,因变形引起的热效应会使挤压的温度升高，从而使流动应力明显降低。进一步增大应变速率时，虽然铸锭的温度升高很明显，但由于加工过程中金属的加工硬化速度比再结晶引起的软化速度快，铸锭的流动应力不但不减消,反而明显增大。Lapovok等人34对AZ31镁合金的研究表明，当挤压速度较低时,挤压板材的表面质量随着挤压速度的增加，表面质量

32、下降。当挤压速度过高时，表面出现裂纹。同时挤压速度还受挤压温度的影响,当挤压温度升高时,挤压速度可以适当的提高。4.1.4挤压比为使镁合金挤压件获得较佳的晶粒组织和理想的力学性能，必须使断面收缩率保持在一定的范围内,即要确定合理的挤压比。挤压时，制品的挤压比一般为10100,如果采用经过预挤压的坯料，则挤压比可更大一些。挤压可以使镁合金的铸态组织得到较大程度的改善，性能显著的提高，但挤压态镁合金在力学性能上往往呈现各向异性.各向异性的出现主要与两方面的因素有关.一方面是由于在挤压板材中形成了纤维组织，另一方面是由于在挤压的过程中,随着变形程度的增加,镁合金的密排六方晶格的基面逐步转向与挤压方向

33、平行.这种各向异性对于镁合金板材后续的冲压成形性能有着极大的影响35。4。1.5坯料状态镁合金挤压成形前坯料状况对其随后挤压工艺有着重要的影响。这是因为在工业生产条件下,由于镁合金铸造时冷却速度快，铸锭不可能得到完全平衡的组织。铸态合金偏离平衡状态一般表现为以下几个方面：基体固溶体成分不均匀,产生晶内偏析，其组织为树枝状:由于合金元素来不及从固溶体析出得到过饱和固溶体,因此成分和组织的非平衡状态将给合金的性能带来一定的影响。例如，由于非平衡易熔组成物的出现，在加热和变形过程中容易过早发生过烧现象。晶内偏析和脆性相的存在往往使材料的塑性降低，挤压力升高；粗大的枝晶和枝晶偏析可在随后的挤压加工过程

34、中形成带状组织.所以在挤压变形前应对铸锭进行均匀化处理。荷兰Delft科技大学材料系研究了铸锭均匀化处理对AZ80和AZ91合金可挤压性的影响。研究结果表明,未对铸锭进行均匀化处理时，只能挤出简单的实心型材。对铸锭进行413，24h均匀化加热后，低熔点共晶相减少甚至完全溶解，从而顺利挤出了壁厚为1.5mm的空心方管.重庆大学廖慧敏等人研究了AZ81镁合金的均匀化处理36,与之前相比，有效地消除了枝晶偏析，改善了材料的组织状态，其塑性性能也有了明显的提高.与其他金属一样,镁合金在均匀化加热过程中也会出现晶粒长大，从而影响制品最终的晶粒度和综合性能.表1.1给出了铸锭均匀化处理对挤压工艺的影响。可

35、以看出：同样的挤压锭，进行了均匀化处理后，挤压力降低。表4.1 铸锭均匀化处理对挤压工艺的影响37是否进行均匀化处理积压温度/加热时间/h挤压力/MPa没有34013203001400没有34032503003300没有34062003006250350，12h34011903001250350，12h34031703003200350，12h34061503006180注：合金Mg-3%Al、锭坯直径98mm，长度150mm,挤压管直径44mm，厚度1.5mm4。2轧制技术轧制是制备板材最为主要的金属塑性加工技术。在镁合金板材的轧制制备工艺过程中，主要工艺参数包括每道次的压下量，轧制温度，轧

36、制速度，辊型等。其中最为关键的是每道次的压下量、轧制温度、轧制速度。由于镁合金在室温下轧制时的塑性很差，从而冷轧时每道次的压下量应控制在一定的范围内，若加大变形量则会发生严重的裂边,甚至无法轧制成形.因此镁合金板材的轧制成形通常需要三个道次或更多道次的热轧。低温下轧制镁合金板材时容易产生高的应力集中，从而导致孪晶形核和切变变形.而轧制温度过高时，晶粒容易长大而使板材的热脆倾向增大。板材的各向异性也是轧制中最为值得关注的重要问题，这种各向异性不利于后续的冲压成形。因此，为了提高轧制的效率，降低消耗功率，改善和提高板材轧制成形的能力以及板材的性能，除了常规的轧制设备和工艺外，又开发了许多新的轧制技

37、术，如单辊驱动轧制(SRDR），异步轧制（DSR）,双辊交叉轧制等。这些技术有的已应用于制备镁合金板材.Y.CHINO等人38对AZ31镁合金单辊驱动轧制板材的初步研究表明,与普通轧制工艺制备的镁合金板材相比,单辊驱动轧制镁合金板材可有效的减弱基面织构，大大提高板材的冲压成形性能。H.WATANABE等人39对AZ31镁合金异步轧制板材的研究表明，与普通轧制工艺制备的镁合金板材相比，采用这种轧制方法制备的板材的基面织构有所减弱，板材的塑性能够得到显著的提高，而强度只是略有降低。4.3冲压工艺4.3.1镁合金冲压工艺板料的冲压成形包括拉深、弯曲、胀形等。针对不同的冲压方式，其成形性能的控制参数不

38、同，比如材料的拉深成形性能一般用拉深极限比表示，而弯曲成形性能用最小弯曲半径控制,胀形成形性能常用埃里克森值来进行判断40。板料冲压性能及其控制受制于材料性能参数和工艺参数两个方面,这些参数一般均可通过试验得到。对镁合金而言，普通的冲压工艺很难直接应用到镁合金的成形上来，这也成为阻碍镁合金板材冲压件广泛应用的重要原因之一。因此，制定合理的冲压工艺对制备性能优异的镁合金板材冲压件也很重要.除了板材的本身的性能外，各冲压工艺参数包括模具结构、成形温度、成形速度、润滑条件、压边方式,压边力的大小、凸凹模圆角半径、间隙大小等均对其的冲压成形性能有很大的影响。另外,采用充液拉深、气胀成形、差温拉深、变压

39、边技术等工艺对板料的冲压成形也有一定的影响。Yoshihara41等采用差温拉深工艺和变压边力技术相结合的方法对AZ31镁合金薄板进行热拉深，极限拉深比可达5。0以上。Wagener等人研究表明，在进行适当的模具设计和拉深成形工艺控制后,室温下AZ31镁合金薄板的极限拉深比可达1。6。Iwanaga等人42的研究表明，对于具有锥面织构的AZ31镁合金板材室温下其Erichsen值可达7.4mm.4。3。2镁合金板材冲压工艺研究现状近几年来，国内外的许多材料工作者对变形镁合金的冲压成形性能与工艺研究高度关注，纷纷展开研究，张文忠、王志刚、堂田帮明等对AZ31镁合金板材高温成形性能进行了研究。沈阳

40、工业学院的张坤、王忠堂、张士宏等对镁合金AZ31B板材热拉深成形工艺进行了研究。重庆大学的汪凌云、潘复生等在热轧态下对镁合金板材进行了成形极限图（FLD）的研究。南阳理工学院的卢志文、张洪峰等对变形镁合金进行了中温冲压工艺研究。由于镁合金的室温塑性较差,难成形，但是提高温度,镁合金塑性显著提高,故研究工作都集中在高温下进行，而常温乃至低温的研究几乎是空白。镁合金板材在高温下进行冲压生产，要有加热和保温等设备，生产工艺复杂,生产效率低且产品质量难以保证。如果能在常温下进行冲压加工（即冷冲压），则刚好克服上述缺陷，而且便于实现自动化生产。但由于镁合金室温下的变形能力差,塑性成形面临许多理论和技术上

41、的难题，因此镁合金塑性成形技术被认为是镁合金应用开发中最具挑战性的课题，而镁合金板材冷冲压成形技术则是挑战中的挑战性课题。因此非常有必要对镁合金的塑性变形机理,镁合金板材的冲压成形性能和冲压工艺进行深入的研究,并在现有的镁合金塑性加工的基础上开发镁合金板材成形新技术，从而实现高性能，低成本的镁合金板材生产以及板材冲压件大规模的工业化生产。4。4其他生产工艺1843年,Henry Bessemer在用铜粉制备铜带材时首次使用了粉末轧制技术。1950年，粉末轧制技术迎来了划时代的一页,以Naeser和Zirm发表的论文为标志。在这篇论文中描述了用铁粉制取铁带材的粉末轧制技术。金属粉末生产技术的开发

42、，在很大程度上推动了粉末轧制技术的进一步成熟与发展.前，粉末轧制技术已经被广泛应用在冶金、化学、医药、食品加工和采矿等工业上4347。在金属材料加工领域,粉末轧制技术已经成功的制备出铝、铜、钛、镍、钼、铁、钴、铌及其合金等带材43， 48。Hajaligol等人49试验表明,可以对那些塑性差的材料采用粉末轧制和烧结方法制成带材.目前对于镁合金带材的粉末轧制的研究较少，国内重庆大学做过此项技术的研究。河南科技大学的殷银银研究了AZ80镁合金轮毂等温挤压与胀形工艺50，以利用镁合金特定温度下较好的塑性变形能力来实现形状复杂结构件的成形。与压铸成型相比，减少了铸造工艺所带来的缩孔、缩松等缺陷，提高了

43、零件得性能。镁合金冲锻成型是1999年日本索尼、日立金属和东京精锻所共同开发的一项技术（Press Forging）,当时在产业界引起了极大的轰动51。与压铸和半固态成形工艺比较,精密冲锻成型具有生产效率高、成品率高和成本低等优点，因此，该技术在开发出来的当年就得到了工业应用，达到了月产20万套的生产规模。精密冲锻成型技术将冲压成型与锻造成型相结合.将加热后韵镁合金坯料在加热模具中进行冲压和锻压，其生产可在普通机械式锻压机床上进行，技术关键在于成型模具与成型工艺,包括模具设计、模具温度控制、变形率与变形速度等参数控制。图4是镁合金冲锻成型产品.图4 镁合金冲锻成型产品Fig。4 Product

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