镁合金冲压性能评估

关键词：
镁合金，冲压性能，局部伸长，可塑性，切口敏感性，可纺性，粒度

摘要：   
镁合金的冲压性能，不能仅仅从一块镁合金薄板在拉伸过程，抗张强度，延长n-value和r-value等所显示的一般物质特性去评估。例如：镁合金AZ31在室温下，可延伸20%，但是，由于局部伸长（缩颈）的存在，试样在深度拉伸的初期阶段就很容易断裂。由于结晶体限制了合金的滑动变形，合金内部产生了高强度，这种强度几乎等于能使合金产生肉眼可观的破裂的强度。在挤压成形过程中，要在高的拉紧力的作用下产生弯曲需要合金具有很强的可变形能力。镁合金AZ31和拉紧变硬的铝合金A1100（只有5%的伸长率）在可变形能力之间的最大区别，可以用V形切口的静力弯曲实验来测定。在温度小于453K的所有测试温度下，处于弯曲状态下的镁合金AZ31所产生的裂缝是由减少负载所引起的英里集中和扩散产生的。相反，可以通过在整个弯曲过程中始终保持加载量在某一水平所产生的局部塑性变形来使铝合金A1100的槽口尖端变得钝化。在卷曲的条带状的镁合金AZ31中，当这块镁合金是由细小的金属颗粒组成，且这些颗粒来自于通常包着金箔的镁合金板，切口尖端在高于413K且无裂缝的情况下是钝的，然而，镁合金的可纺性在接近生产速度的变形速率下并不总是很好的。

导言：      
镁合金作为一种轻结构金属被人们所注意，是因为它在室温下具有很高的比强度。这种轻的壳体结构可以被有效利用，并且在冲压成形对企业还是一个难题的情况下，大部分这种结构可以通过拉模铸造产生。
镁合金AZ31轧制板材在室温下具有极好的拉延性能，但是它却很难用于成形加工，因为它不具有足够的可塑性。这种合金的局部破裂应变几乎完全是均匀伸长的并且所产生的裂缝要远远小于易延展性金属材料在大的缩颈变形后所产生的裂缝，并且，它不能从材料的总伸长长度估计出来。在拉伸实验中，金属材料的可变形能力只能通过收缩区域估计出来，但是，对于金属薄板来说，它几乎不可能测量出来。尽管镁合金AZ31在对相关部位加热的情况下进行变形是可行的，但是快速成形和变形成尖角的情况仍然处于实际应用前的实验阶段。尽管有报道称材料颗粒经过优化处理后，材料的延展性可以得到改善，但是，对一种价格昂贵的金属材料的用途的研究是与本项实验的目的相矛盾的。
在这篇文章中，切口敏感性实验作为一种估算材料可变形能力的方法，是基于通过局部塑性变形来减轻机械的应力集中来实现的。颗粒优化的效果可以通过比较成形较久的金属材料和最近成形的成卷带材来研究，在用成形较久的金属材料进行生产的大量生产过程中它可以实现好的颗粒结构，并且，切口敏感性和可纺性的相互关系已经被证实。



镁合金AZ31在冲压成形过程中的特殊问题：
通常情况下，研究金属材料的特性要通过许多不同种类的压力成形或者不同的部分变形方式所显示的不同特性来进行。表1所显示的是镁合金AZ31和通常的延展性材料在压力成形过程中的特性。镁合金AZ31的变形限制取决于它在各个方式的可变形能力，也就是说通过比较材料的可变形能力，其他通常的要求都可以满足。在弯曲过程中，除非在很高的拉力作用下，否则局部缩颈是不容易发生的，因为横截面的主要部分在拉紧力作用下均衡的延长。在深度拉伸过程中，温度的升高引起r-value反方向的降低来增强材料的可变形能力，结果就存在一个合适的温度范围。在膨胀中，尽管n-value也如同r-value一样随着温度的升高而降低，m-value(应力敏感性)的降低抑制了拉紧力的局限。
另一个问题是压力成形要依靠拉力比和或者压力比中的成形限制。对于室温下的镁合金AZ31 FLD 来说，除单轴拉力外，其它的成形限制都很小，特别是在平面拉力作用下。此次实验中的切口敏感性实验就是在平面拉力作用下进行的。
              
实验步骤：
本次实验所用的材料是在商业上常用的厚度为0.8毫米的镁合金AZ31轧制薄板。其中，一块是以前成形的金属板材，一块是最近成形的成卷带材。所有材料都经过温度为673K的退火处理，但没有保持避免晶粒长大。图1所示的就是在经过退火处理的微观组织中，晶粒大小有着明显的不同。图2所示的是：在室温下，那些镁合金AZ31试样和用于比较的经过加工硬化处理的铝合金A1100-H12的拉力曲线。用于作实验的试样的宽度是12.5mm，长度是实验中作为标准长度的50mm。这个曲线图显示，与金属板材比较，成卷带材拥有高的强度和小的伸长量，不过，它们在实验中产生了比铝合金A1100P-H12更为足够的伸长量。镁合金AZ31在室温下的拉伸曲线中的特色是没有缩颈（局部伸长）而突然断裂。相反，铝合金A1100P-H12在充分缩颈后才断裂。
图3就是用三点拉伸设备在从 RT 到453K数个温度下所进行的切口敏感性实验的设备及实验情况图。这个图反映了实验情况。V-notch的刻点附近有一个半径为35纳米的圆。试样在平面变形状态下被静态弯曲，并且，在此过程中测量出加载力的变化。
对镁合金AZ31金属板材和成卷带材进行深度拉伸实验。变形速率是在冲压直径时用到的0.56毫米每秒，这个速度也很接近生产的实际速度。冲床和冲模的拐角半径分别是2.0 mm和4.0   mm，它们与材料厚度（0.8mm）的比值分别是2.5和5.0。常用的润滑剂是二硫化钼。用加热设备将其加热，实验在何种温度下，可以用速率为1.67的小的 拉伸速率来拉伸。
                              

实验结果与数据分析：
切口敏感性实验：
图4所表示的是在切口敏感性实验中加载力的变化情况。从镁合金AZ31在室温下的变化曲线可以得知，加载力在到达最大值后快速下降。尽管曲线斜坡随着温度的升高变得平缓，特别是在温度高于413K由细颗粒组成的成卷带材中，这与铝合金A1100P-H12最明显的区别是加载力不能在高温下保持下去。图5的左图所示的是：在由粗晶粒组成的金属板中，集中在切口和裂缝周围的变形在任何温度下都能扩散。图5的右图所示的是：在铝合金A1100P-H12中，尽管变形集中在切点附近，但是由于铝合金具有高的可变形能力和低的加工硬化，所以在切口附近并没有裂缝的出现。如图6所示，在温度高于413K的镁合金AZ31的成卷带材中，塑性变形扩散到一个很大的范围内，并且切点并不锋锐。图7所示的就是在金属板材中裂缝的扩散和在成卷带材中钝的切口。这些结果将在本文下一部分中的深度拉伸实验中继续讨论。


深度拉伸实验：
在上文所提到的相对高变形率的深度拉伸实验中，根据图8所示，由粗晶粒组成的金属板材的可纺性要好于由细晶粒组成的带状卷材。这个结论是与切口敏感性实验所得到的结论相反的。在成卷带材中，如图所示的裂缝即使在温度高于413K的较高温度下生产出来的理想产品中也会出现。切口敏感性实验和深度拉伸实验的不同可以做如下推断。在深度拉伸实验中，试样在压力机上被强制弯曲变形，而与此相反，切口敏感性实验中的变形没有被限定，所以当n-value或者m-value的值很大的时候，塑性变形可以扩散到一个很大的区域。造成的结果是：材料切口部分的变形量减少，局部拉紧力达不到产生裂缝的临界值。
综上所述，在材料晶界滑移不能确定的情况下，直径为10纳米的细金属颗粒可以导致材料可变形能力的快速降低。为了更加精确地估算出材料的可变形能力，一个经过 V-bending 处理的样本要远远好于一个经过 3-bendig 处理的样本。


  



总结：
镁合金AZ31的冲压性能几乎完全决定于它的可变形能力，但是材料的这种可变形能力不能根据材料拉伸实验中式样的总伸长量估算出来。切口敏感性实验是用来估算材料可变形能力的一种简易方法。在这个实验中，材料可变形能力和伸长量之间的不同刚好可以通过比较机械硬化的铝得出。在由直径为10纳米的细金属颗粒组成的镁合金 AZ31 成卷带材中，当材料在温度为413K的条件下变形时，塑性变形扩散到一个大的范围内，并且没有产生裂缝。但是，这种金属材料在深度拉伸实验中的可纺性不如一块由直径大于30纳米的粗金属颗粒所组成的普通金属板。在材料晶界滑移不能确定的情况下，直径为10纳米的细金属颗粒可以导致材料可变形能力的快速降低。

参考文献：
[1] H.Watanabe,T.Mnuai,M.Kohzu,S.Tanabe and K.Higashi:Mater.Trans.JIM Vol.40(1999),p.809.
[2] H.Watanabe,T.Mukai,and K.Higashi:Scr.Mater.Vol.40(1999),p.477.
[3] H.Somekawa,M.Kohzu,S.Tanabe and K.Higashi:Mater.Sci.Forum Vol.350-351(2000),p.177.
[4] M.Kohzu,F.Yoshida,H.Somekawa,M.Yoshikawa,S.Tanabe and K.Higashi:Mater.Trans.Vol.42(2001),p.1273.
[5] T.Mukai,M.Yamanoi and K.Higashi:Mater.Trans.42(2001),p.2652.
[6] T.Mukai,M.Yamanoi,H.Watanabe and K.Higashi:Scr.Mater.Vol.45(2001),p.89.
[7] J.Kaneko,M.Sugamata,M.Numa,Y.Nishikawa and H.Takada:J.Japan Inst.Metals,Vol.64(2000),p.141.

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楼主很专业

楼主 国内有AZ31板材好的厂家吗？ 价格怎么样