热处理对AZ31镁合金轧制板材室温成形性能的影响

热处理对AZ31镁合金轧制板材室温成形性能的影响
本文通过杯突和拉伸实验的方法，研究AZ31镁合金轧制板材在不同热处理条件下的室温成形性能。

研究表明：热处理后镁合金的室温成形性能发生了改变，在350℃、15min、空冷的热处理条件下，杯突值最大，IE值由供应态的2.50mm 增加到3.88mm，板料趋于各向同性，室温成形性能最好。

标签：AZ31镁合金；热处理；成形性能
由于镁合金具有密排六方晶体结构，这样的结构特点决定了其室温下变形困难、滑移系少、塑性差，因此它的这些缺陷限制了镁合金的广泛应用。

随着对镁合金研究的深入，已经表明镁合金的室温成形性能与它的晶粒尺寸存在着一定的关系，也就是说细小均匀的晶粒不但能提高室温下镁合金的力学性能同时还有利于激活镁合金新的滑移系，从而通过提高镁合金组织内的晶间协调变形能力，达到了镁合金室温下的塑性变形能力。

因此，本文主要研究的是，如何通过热处理细化晶粒的方法提高镁合金的室温成形性能。

1 试验材料和方法
1.1 试验材料
试验材料为厚度为 1 mm 的AZ31镁合金轧制板材，其质量分数为Al：3.18：%、Zn：1.02%、Mn：0.34%；Fe：0.002%；Si：0.022%等。

1.2 试验方法
本文按照GB4156-84《金属杯突试验方法》在GBS-60B数显自动杯突试验机上进行室温下的杯突试验。

杯突试件的尺寸：90mm×250mm×1mm，采用0.5cm/min ～2cm/min的试验速度，1000N的压边力。

试验时，球形冲头把板材压入凹模内，当板材出现裂纹时，测量冲头的压入深度，此深度即为试样的杯突值。

试验过程中记录不同时刻的冲压深度值和冲压力的大小，根据冲压深度值和冲压力的大小做出成形力-凸模位移曲线。

按照GB/T228-2002《金属材料室温拉伸试验方法》加工拉伸试样，在线切割机上分别沿着板材的横向（TD）和轧制方向（RD）取标距长为15mm、宽为10mm的试样。

取样后在微机控制电子万能拉伸试验机上进行单向拉伸实验。

2 试验结果与分析
2.1 热处理对板材胀形性能的影响
本试验用杯突实验来研究板材室温下的成形性能。

杯突实验是用来测定或评价板材胀形成形性能的一种模拟试验。

一般情况下，如果室温下的杯突值越大，
那么材料的室温胀形性能就相对越好，材料就越容易成形。

由图1可知，在杯突试验中，热处理前后AZ31镁合金轧制板材的破裂部位均在凸模的正下方，裂纹呈直线分布大多平行于轧制方向。

图1中的（c）和（d）中可以看出；凸包的高度明显变大，并且在沿着XD方向的横向裂纹也比较明显，因此，从宏观角度表明图1中的（c）和（d）两种热处理条件下板材逐渐趋于各向同性，室温成形性能最好。

镁合金板材在不同热处理条件下的室温杯突值如表1所示。

AZ31镁合金板材的杯突值随着热处理温度的升高，先增加后降低。

在200℃的热处理温度下，由于板材的显微组织几乎没有变化，室温下的杯突值稍有增加；在400℃热处理温度下，由于板材氧化严重和晶粒严重长大，其室温下的杯突值反而下降。

在350℃、15min空冷的热处理条件下，板材的杯突值达到最大，由供应态的2.50mm 增加到3.88mm。

这可能是由于在此热处理条件下板材内部孪晶消失、基本完成了再结晶、且晶粒均匀细小的原因。

在杯突试验中，成形力与凸模位移与的变化曲线如图2所示。

由图2可以得出：当凸模运动相同位移时，供应态板材的成形力均大于经过热处理的板材成形力，即经过热处理，板材具有更好胀形性能和室温成形性能。

另外，从凸模的位移变化中可看出：热处理后的板材凸模位移大于供应态板材的凸模位移，这表明热处理后板材的杯突值大于供应态板材的杯突值。

2.2 热处理对板材各向异性的影响
图3分别表示了不同状态下AZ31镁合金轧制板材沿着轧制方向和垂直于轧制方向的室温应力-应变曲线。

由图3可得：供应态板材沿着RD和XD方向抗拉强度、屈服强度和断后延伸率存在着明显的变化，也就是说在室温下供应态板材表现出了一定的各向异性，并且板材沿着轧制方向的室温成形性能高于沿着垂直于轧制方向的室温成形性能；在350℃、15min空冷的热处理条件下，板材沿着轧制方向和垂直于轧制方向的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率几乎相同（因为板材室温下沿着轧制方向和沿着垂直于轧制方向的应力-应变曲线几乎是重合的）；在400℃、5min空冷的热处理条件下，板材沿着轧制方向和垂直于轧制方向的抗拉强度、屈服強度和断后延伸率也几乎相同。

由此可见，经过热处理后，板材沿着轧制方向和垂直于轧制方向的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率几乎相同，即热处理后板材逐渐趋于各向同性。

3 总结
本文通过杯突和拉伸实验的方法，研究AZ31镁合金轧制板材在不同热处理条件下的室温成形性能，得出如下结论：
（1）AZ31镁合金板材的杯突值随着热处理温度的升高，先增加后降低。

在350℃、15min空冷的热处理条件下，室温杯突值最大，与比供应态杯突值提高了55.2%，此条件下板材的胀形性能最好。

（2）热处理后板料由供应态的各向异性逐渐趋于各向同性，在350℃、15min 空冷的热处理后，板料沿着RD方向和TD方向的性能基本相同，表现出明显的各向同性，板材的室温成形性能得到了显著提高。

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