機械設備外殼沖壓成型鎂合金組織與性能研究

劉炳承

（南昌職業學院，江西 南昌 330500）

現今，金屬板材已經被廣泛地應用到多個行業中，如工業制造業、汽車行業、電器行業等諸多行業。多數機械設備的外殼都采用了鎂合金板材，雖然鎂合金散熱性能較好、價格較低，但是硬度較高、彈性模量大、可塑性較差等問題仍然有礙于鎂合金材料的發展與使用。通過運用沖壓成型技術，鎂合金材料的組織與性能將會發生變化，進而使得金屬材料的硬度降低、可塑性增加，便于鎂合金材料在工業制造業的應用。本文通過分析機械設備沖壓成型的鎂合金外殼組織與性能的特點，進而探討了沖壓成型鎂合金材料的優勢，從而完成本文的研究。

1 機械設備外殼沖壓成型鎂合金組織研究

沖壓形成的機械設備鎂合金外殼主要是指通過交叉軋制作工藝對鎂合金進行退火處理，使得鎂合金的內部組織發生變化，進而提高鎂合金的塑性能力[1]。在沖壓成型的過程中，鎂合金的內部組織會相繼進入兩個變化階段，首先是內部組織的回復階段，隨后是內部組織的再結晶階段，在經過這兩個階段后，鎂合金的應力基本消除，鎂合金內部將產生大量的在各方向上尺寸相差較小的晶粒，從而使得機械設備的鎂合金外殼可塑性增強、質量增加。

本文以機械設備的AZ31鎂合金外殼為例，首先分析其組織結構。在AZ31鎂合金外殼內有3種不同類型的晶粒組織，分別為粗大的晶粒、細小的動態晶粒以及呈鏡面對稱關系的晶粒。

在采用交叉扎工藝進行沖壓處理時，鎂合金材料要經過退火處理，在溫度為300℃時，鎂合金材料的組織隨著保溫時間的變化而產生相應的變化。當保溫時間為30分鐘時，鎂合金材料呈成鏡面對稱關系的晶粒數量逐漸減少，并且隨著保溫時間的不斷延長，該類晶粒的數量也會不斷下降，當保溫時間達到1小時時，鎂合金材料內的該類晶粒基本消失，當保溫時間達到1.5小時時，該類晶粒完全消失。在退火處理的過程中，鎂合金材料以呈鏡面對稱關系的晶粒為變形的基本點，該類晶粒的相交處會產生大量的新晶粒，使得該類晶粒的組織發生變化，隨著組織中新晶粒的不斷增加與擴大，最終組織內的新晶粒將產生接觸，進而導致呈鏡面對稱關系的晶粒慢慢變化成圓形。

在溫度為300℃、保溫時間為40分鐘的狀態下，鎂合金材料內部的晶界發生變形，內部已有的部分晶粒會產生位移，致使晶界向上凸起。隨著鎂合金材料的應力不再平衡、材料內部產生凸起與位移現象等情況的產生，鎂合金材料的組織將會出現再結晶的現象，粗大的晶粒之間將會產生交界，并且在新產生的交界處會形成一些新的晶粒。

在退火處理的前期階段，鎂合金材料的組織是由3種晶粒構成：粗大的晶粒、細小的動態晶粒以及呈鏡面對稱關系的晶粒，這三種晶粒的大小千差萬別，粗大的晶粒為25μm、呈鏡面對稱關系的晶粒為10μm、細小的晶粒為2μm，此時，鎂合金材料組織的性能較差、鎂合金材料的質量并不理想。

在溫度為300℃、保溫時間為150分鐘的退火處理中后期階段，鎂合金材料的組織結束了再結晶的階段，此時，組織內的各類晶粒形狀發生變化，形成了多邊形的晶粒；各類晶粒的大小達到一個平均值，進而使得鎂合金材料的組織性能變強，鎂合金材料的質量也有所改善。隨著保溫時間的不斷延長，鎂合金材料組織內的各類晶粒會一直擴大，最終鎂合金材料內部將會產生大量的在各個方向上大小幾乎一致的晶粒，從而提高金屬材料的可塑性及其質量。鎂合金材料組織的晶粒變化如圖1所示。

圖1 300℃下晶粒尺寸變化圖

2 機械設備外殼沖壓成型鎂合金性能研究

為了完成鎂合金材料的沖壓處理工作，需要對鎂合金材料進行退熱處理，在進行了退熱處理后，鎂合金材料的性能將發生變化，隨著性能的變化，鎂合金的可塑性將不斷增強，質量也將不斷增加。

2.1 拉伸性能

在研究沖壓成型鎂合金材料的拉伸性能時，使用交叉扎制作工藝將鎂合金材料沿著三個不同的方向進行拉伸，進而綜合地判斷鎂合金材料的拉伸性能，三個拉伸方向依次為0度、45度和90度。在0度、45度、90度這三個不同方向進行拉伸時，鎂合金材料會出現不同的斷裂情況。0度時，鎂合金材料進入預備斷裂狀態的時間較短，容易產生斷裂情況；45度時，鎂合金材料進入預備斷裂狀態的時間稍有延長，相對比較容易產生斷裂情況；90度時，鎂合金材料進入預備斷裂狀態的時間較長，不易產生斷裂情況。當拉伸方向為0度時，鎂合金材料在斷裂情況下的應力值達到最高值，由此可見，在0度時，鎂合金材料的可塑性處于最佳狀態，鎂合金的硬度處于最低值。并且在采用交叉扎工藝時，鎂合金材料可以提前進入到預備斷裂的狀態中，使得鎂合金材料在斷裂過程中需要的應力值總和減少，便于降低鎂合金材料的硬度，增加其軟度。

2.2 彎曲性能

鎂合金材料的彈性較低，彎曲性能較差，為了彌補這些缺陷，很多鎂合金生產商會對鎂合金材料進行沖壓處理。在進行沖壓處理后，鎂合金材料的彈性強弱發生了變化，彈性隨著溫度的變化而變化。在沖壓成型過程中，溫度會逐漸的增高，此時，鎂合金材料的屈服強度會逐漸的降低，進而使得鎂合金材料的回彈現象明顯減輕。在不同的溫度下，鎂合金材料都存在著不同的彎曲半徑，當溫度不斷增加時，彎曲半徑的數值不斷減小，進而使得鎂合金材料的彎曲性能不斷優化、可塑性不斷增加。

3 結語

為了探討沖壓成型鎂合金材料的優勢，本文從其性能與組織特點出發，并列舉樣例，進而完成本文關于機械設備外殼沖壓成型鎂合金組織與性能的相關研究，希望本文可以為鎂合金材料的相關研究提高有益幫助。

[1]張玉,黃曉鋒,馬振鐸,等.熱處理工藝對Mg-6Zn-2Sm-0.4Zr鎂合金顯微組織和力學性能的影響[J].中國有色金屬學報, 2017, 27(10):1961-1969.