退火工藝對AZ31鎂合金板材沖壓性能影響分析

張耀丹

退火工藝對AZ31鎂合金板材沖壓性能影響分析

張耀丹

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

文章通過對大變形異步軋制后的AZ31鎂合金板材進行退火前和退火后的杯突實驗；通過拉伸試驗測得沖壓性能指標，對退火前和退火后的沖壓性能指標進行比較，得到經(jīng)退火處理，沖壓性能指標都得到了很好的改善，有利于沖壓成型；可得退火后可用較小的沖壓力得到較大的杯突值。退火處理可極大改善AZ31鎂合金板材的沖壓性能。

AZ31鎂合金板材；沖壓性能；退火處理；杯突值

鎂及鎂合金是目前最輕的一種金屬結(jié)構(gòu)材料，其具有密度較低、高比強度和比剛度、較好的導(dǎo)熱性、機械加工性能優(yōu)良、可回收利用等優(yōu)點[1]，可為燃料電池、混合動力和內(nèi)燃機提供最佳的材料解決方案，并且可以全回收無污染，鎂合金已成為汽車、航空、信息技術(shù)等領(lǐng)域輕量化研究的關(guān)鍵材料之一[2]。鎂合金加工成型主要包括塑性成型和鑄造成型，目前，鎂合金的產(chǎn)品大多為鑄造件，產(chǎn)品形狀和尺寸受限制，可塑性差、成品率較低，這使鎂合金的應(yīng)用范圍受到極大的限制。所以對鎂合金板材優(yōu)良地沖壓性能的研究越來越重要。本文主要研究了AZ31鎂合金板材在不同退火工藝下的沖壓性能變化情況[3-7]。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

本文采用熱軋態(tài)AZ31鎂合金板坯（規(guī)格：2.36 mm×200 mm×1 000 mm），在上、下輥直徑分別為120 mm、135 mm的軋機上進行異徑異步軋制，軋輥未預(yù)熱且不潤滑，溫度為300 ℃，速度為12.4 m/min，對AZ31鎂合金熱軋板坯進行一道次異步軋制，然后空冷進行退火處理，壓下率分別為23.7%、30.5%、36.4%。壓下率是指壓下量與軋件軋制前的高度或軋制后高度之比的百分數(shù)，它是表示軋制時高度方向相對壓縮變形程度的變形參數(shù)。

1.2 試驗方法

將軋制后未經(jīng)退火處理和經(jīng)退火處理的板材切割成50 mm×50 mm的小塊，用砂紙打磨后，在杯突試驗機上進行沖壓試驗，測量杯突值，然后通過拉伸試驗測得沖壓性能指標，對退火前和退火后沖壓性能指標值進行比較，研究退火工藝對AZ31鎂合金板材的沖壓性能影響。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 退火工藝對杯突值的影響

圖1為AZ31鎂合金板材退火前和退火后的杯突值及最大沖力隨壓下率的變化，由圖可得，退火前的杯突值隨著壓下率的增加而減小，退火后的杯突值隨著壓下率的增加而增大，且退火后的杯突值都大于退火前的，比較晶粒尺寸為3.8 μm的板材退火前后的杯突值，最大增率達到40%，說明晶粒越細小，退火工藝對板材的室溫沖壓性能的影響越大。圖2為不同晶粒尺寸的板材退火前后的杯突值及最大沖壓力的增加率，由圖2可得隨著晶粒尺寸的細化，退火后板材的杯突值及最大沖壓的增加率明顯增加，但晶粒越細小杯突值的增加率遠遠大于最大沖壓力的增加率，說明晶粒越細小的板材經(jīng)退火處理后可用較小的沖壓力得到較大的杯突值。也就是說退火處理可以大大改善AZ31鎂合金板材的深沖性能。

圖1 杯突值及最大沖壓力與壓下率的關(guān)系

圖2 杯突值及最大壓下率的增加率

2.2 退火前后沖壓性能指標對比

圖3為退火前的屈強比，圖4為退火后的屈強比，兩圖比較可得經(jīng)退火處理后的板材屈強比大大下降，且0°、45°、90°之間的屈強比值相差較小，說明各向異性減弱。這說明，退火處理工藝可有效降低板材的屈強比，屈強比低表示金屬材料的塑性較好，提升板材沖壓性能。

圖3 退火前的屈強比與晶粒尺寸的關(guān)系

圖4 退火后的屈強比與晶粒尺寸的關(guān)系

比較圖5中異步軋制AZ31鎂合金板材經(jīng)退火前的塑性應(yīng)變比圖6中異步軋制AZ31鎂合金板材經(jīng)退火后的塑性應(yīng)變比可得，與退火前相比得到很大的提高，塑性應(yīng)變比反映了板材厚度方向與板材平面方向的塑性差異，值大有利于板材的沖壓成形，由圖5可得，AZ31鎂合金板材經(jīng)退火處理后的值得到了很大的提高，鎂合金板材的沖壓性能得到了顯著改善。另外，板材不僅存在后向塑性各向異性，還存在板材平面塑性各向異性，用△來表示，也就是制耳參數(shù)。由圖6可得，與退火前相比，退火后板材的制耳參數(shù)都減小，說明退火后板材的制耳出現(xiàn)在板材0°或90°方向。如圖7所示，△的減弱增加了值對提高板材沖壓性能的有利影響。所以在考慮塑性應(yīng)變比對板材沖壓性能的影響時，應(yīng)該綜合考慮制耳參數(shù)△和。

圖5 退火前板材的塑性應(yīng)變圖

圖6 退火后板材的塑性應(yīng)變圖

圖8為退火處理前，圖9為退火處理后異步軋制AZ31鎂合金的應(yīng)變硬化指數(shù)的變化情況。由圖9可得，經(jīng)退火處理后應(yīng)變硬化指數(shù)有明顯的增加，原因是經(jīng)退火處理后，發(fā)生了靜態(tài)再結(jié)晶，晶粒尺寸減小，晶界面積增大，板材晶粒顯著細化且等軸化，應(yīng)變硬化能力增強，所以使值增大。但是，如上文所述，孿晶阻礙晶界滑移變形，孿晶密度越高，值越大。有研究表明，經(jīng)退火處理后，板材顯微組織中孿晶消失，但值仍增大，這種情況可能是由于晶粒細化和等軸化引起值增加的影響大于孿晶消失引起值減小的影響。

圖8 退火前的應(yīng)變硬化指數(shù)的變化

圖9 退火后的應(yīng)變硬化指數(shù)的變化

3 結(jié)論

1）退火后，AZ31鎂合金板材的杯突值隨晶粒尺寸的細化而增大，且都大于退火前的，比較晶粒尺寸為3.8 μm的板材退火前后的杯突值，最大增率達到40%，說明晶粒越細小，退火工藝對AZ31鎂合金板材的室溫沖壓性能的影響越明顯。比較退火前后的杯突值及最大沖壓力的增加率，可得退火后可用較小的沖壓力得到較大的杯突值。退火處理可大大改善AZ31鎂合金板材的沖壓性能。

2）經(jīng)退火處理后，AZ31鎂合金板材的屈強比明顯下降，且0°、45°、90°之間的屈強比值相差較小；塑性應(yīng)變比達到了大幅度的提高，制耳參數(shù)明顯下降，且都小于0；應(yīng)變硬化指數(shù)明顯增加，說明經(jīng)退火處理，沖壓性能指標都得到了很好的改善，有利于沖壓成型。

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Impact Analysis of Annealing Process on Stamping Properties of AZ31 Magnesium Alloy Sheet

ZHANG Yaodan

( Shaanxi Defence Vocational & Technical College, Xi'an 710300, China )

In this paper, the cup process experiments of AZ31 magnesium alloy sheet after large deformation asynchronous rolling are carried out before and after annealing.The performance indexes of stamping are measured by tensile test, and compared with those before and after annealing. The results show that after annealing treatment, the performance indexes of stamping are improved very well, which is beneficial to stamping forming.It can be concluded that the larger cup dash value can be obtained with a smaller punch pressure after annealing. The stamping performance of AZ31 magnesium alloy sheet can be greatly improved by annealing treatment.

AZ31 magnesium alloy sheet;Stamping performance;Annealing treatment;Cup drawing value

U465

A

1671-7988(2023)19-161-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.031

張耀丹（1985－），女，碩士，講師，研究方向為機械及車輛工程教學(xué)，E-mail:529329544@qq.com。