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

（重慶文理學院，重慶 402160）

本文通過杯突和拉伸實驗的方法，研究AZ31鎂合金軋制板材在不同熱處理條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生了改變，在350℃、15min、空冷的熱處理條件下，杯突值最大，IE值由供應態的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構，這樣的結構特點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用。隨著對鎂合金研究的深入，已經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系，也就是說細小均勻的晶粒不但能提高室溫下鎂合金的力學性能同時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的晶間協調變形能力，達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，如何通過熱處理細化晶粒的方法提高鎂合金的室溫成形性能。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為厚度為1 mm 的AZ31鎂合金軋制板材，其質量分數為Al：3.18∶%、Zn：1.02%、Mn：0.34%；Fe：0.002%；Si：0.022%等。

1.2 試驗方法

本文按照GB4156-84《金屬杯突試驗方法》在GBS-60B數顯自動杯突試驗機上進行室溫下的杯突試驗。杯突試件的尺寸：90mm×250mm×1mm，采用0.5cm/min ～2cm/min的試驗速度，1000N的壓邊力。試驗時，球形沖頭把板材壓入凹模內，當板材出現裂紋時，測量沖頭的壓入深度，此深度即為試樣的杯突值。試驗過程中記錄不同時刻的沖壓深度值和沖壓力的大小，根據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方法》加工拉伸試樣，在線切割機上分別沿著板材的橫向（TD）和軋制方向（RD）取標距長為15mm、寬為10mm的試樣。取樣后在微機控制電子萬能拉伸試驗機上進行單向拉伸實驗。

2 試驗結果與分析

2.1 熱處理對板材脹形性能的影響

本試驗用杯突實驗來研究板材室溫下的成形性能。杯突實驗是用來測定或評價板材脹形成形性能的一種模擬試驗。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）兩種熱處理條件下板材逐漸趨于各向同性，室溫成形性能最好。

圖1 不同熱處理條件下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條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，由于板材氧化嚴重和晶粒嚴重長大，其室溫下的杯突值反而下降。在350℃、15min空冷的熱處理條件下，板材的杯突值達到最大，由供應態的2.50mm增加到3.88mm。這可能是由于在此熱處理條件下板材內部孿晶消失、基本完成了再結晶、且晶粒均勻細小的原因。

表1 鎂合金板材在不同熱處理條件下的室溫杯突值

在杯突試驗中，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：當凸模運動相同位移時，供應態板材的成形力均大于經過熱處理的板材成形力，即經過熱處理，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態板材的凸模位移，這表明熱處理后板材的杯突值大于供應態板材的杯突值。

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力-應變曲線。

圖3 熱處理對AZ31鎂合金板材各向異性的影響

由圖3可得：供應態板材沿著RD和XD方向抗拉強度、屈服強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態板材表現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空冷的熱處理條件下，板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的抗拉強度、屈服強度和斷后延伸率幾乎相同（因為板材室溫下沿著軋制方向和沿著垂直于軋制方向的應力-應變曲線幾乎是重合的）；在400℃、5min空冷的熱處理條件下，板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的抗拉強度、屈服強度和斷后延伸率也幾乎相同。由此可見，經過熱處理后，板材沿著軋制方向和垂直于軋制方向的抗拉強度、屈服強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

本文通過杯突和拉伸實驗的方法，研究AZ31鎂合金軋制板材在不同熱處理條件下的室溫成形性能，得出如下結論：

（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空冷的熱處理條件下，室溫杯突值最大，與比供應態杯突值提高了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態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，表現出明顯的各向同性，板材的室溫成形性能得到了顯著提高。

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