1、材料加工工程专业优秀论文 AZ31 镁合金板材等径角轧制及冲压性能研究关键词：AZ31 镁合金板材 等径角轧制 退火处理 变形行为 冲压性能摘要：作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提
2、高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中 AZ31 镁合金板材微观组织和冲压性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析
3、了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙和通道夹角的增加，剪切角减小，单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比
4、由 0.889 降低至 0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.378，均匀延伸率由 11.2增加到 23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙 1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火过程中微观组织和冲压性能的演变规律和
5、影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制和等径角轧制板材中的孪晶消失，晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31 镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流
6、变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿轧向和横向的流变行为差异减小，各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。 (8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉深比分别仅为 3.78mm 和 1.
7、2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制板材，采用圆角半径为 R8mm、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LDR 可达 2.2 以上，成功制得 L
8、DR 最大为2.53 的杯形拉深件。正文内容作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧
9、制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中AZ31 镁合金板材微观组织和冲压性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙和通道夹角的增加，剪切角减小，
10、单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比由 0.889 降低至0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.378，均匀延伸率由 11.2
11、增加到23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙 1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火过程中微观组织和冲压性能的演变规律和影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制和等径角轧制板材中的孪晶消失，
12、晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31 镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿轧向和横向的流变行为差异减小，
13、各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。 (8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉深比分别仅为 3.78mm 和 1.2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制板材，采用圆角半径为 R8mm
14、、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LDR 可达 2.2 以上，成功制得 LDR 最大为2.53 的杯形拉深件。作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属
15、材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采
16、用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中 AZ31 镁合金板材微观组织和冲压性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙和通道夹角的增加，剪切角减小，单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的
17、演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比由 0.889 降低至0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.378，均匀延伸率由 11.2增加到23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度
18、和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙 1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火过程中微观组织和冲压性能的演变规律和影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制和等径角轧制板材中的孪晶消失，晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等
19、温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31 镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿轧向和横向的流变行为差异减小，各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变
20、应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。 (8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉深比分别仅为 3.78mm 和 1.2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制板材，采用圆角半径为 R8mm、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的
21、 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LDR 可达 2.2 以上，成功制得 LDR 最大为2.53 的杯形拉深件。作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料
22、领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中 AZ31 镁合金板材微观组织和冲压
23、性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙和通道夹角的增加，剪切角减小，单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度
24、及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比由 0.889 降低至0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.378，均匀延伸率由 11.2增加到23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采
25、用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙 1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火过程中微观组织和冲压性能的演变规律和影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制和等径角轧制板材中的孪晶消失，晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，
26、应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31 镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿轧向和横向的流变行为差异减小，各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110
27、lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。 (8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉深比分别仅为 3.78mm 和 1.2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制板材，采用圆角半径为 R8mm、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相
28、同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LDR 可达 2.2 以上，成功制得 LDR 最大为2.53 的杯形拉深件。作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面
29、织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中 AZ31 镁合金板材微观组织和冲压性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容
30、和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙和通道夹角的增加，剪切角减小，单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变
31、量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比由 0.889 降低至0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.378，均匀延伸率由 11.2增加到23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙
32、1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火过程中微观组织和冲压性能的演变规律和影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制和等径角轧制板材中的孪晶消失，晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31
33、镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿轧向和横向的流变行为差异减小，各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。
34、(8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉深比分别仅为 3.78mm 和 1.2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制板材，采用圆角半径为 R8mm、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙
35、为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LDR 可达 2.2 以上，成功制得 LDR 最大为2.53 的杯形拉深件。作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变
36、形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中 AZ31 镁合金板材微观组织和冲压性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内
37、侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙和通道夹角的增加，剪切角减小，单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取
38、向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比由 0.889 降低至0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.378，均匀延伸率由 11.2增加到23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙 1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火
39、过程中微观组织和冲压性能的演变规律和影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制和等径角轧制板材中的孪晶消失，晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31 镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变
40、速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿轧向和横向的流变行为差异减小，各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。 (8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉
41、深比分别仅为 3.78mm 和 1.2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制板材，采用圆角半径为 R8mm、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LD
42、R 可达 2.2 以上，成功制得 LDR 最大为2.53 的杯形拉深件。作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“21 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒
43、取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工艺并结合后续热处理，通过有限元分析和试验研究，对等径角轧制和热处理过程中 AZ31 镁合金板材微观组织和冲压性能的演变规律和机理进行研究，探索影响其变形机理和冲压成形能力的根本原因并开发合适的板材拉深成形工艺，主要研究内容和结果如下： (1) 采用滑移线理论对等径角轧制变形行为进行了分析。结果表明，在模具转角处主要发生剪切变形；通道内侧倒角的存在使变形区宽化。 (2) 分析了等径角轧制变形的基本规律。有限元模拟表明，随着通道内侧倒角半径、通道间隙
44、和通道夹角的增加，剪切角减小，单道次等效应变量降低，板材厚向变形不均匀程度增加。 (3) 研究了 AZ31 镁合金板材等径角轧制过程中微观组织的演变规律，确定了工艺参数微观组织冲压性能之间的内在联系。通过对轧制道次、模具温度、通道间隙、轧制路径、板材预热温度及通道夹角等工艺参数的试验研究发现，影响等径角轧制板材显微组织和冲压性能的主要因素包括变形温度、剪切模式、道次应变量、累积应变、道次间退火制度以及变形区域等。沿路径 A，随着轧制道次的增加，晶粒取向逐渐由强烈的(0002)基面取向演变为1011锥面取向，沿轧向的屈强比由 0.889 降低至0.332，应变硬化指数由 0.125 增加到 0.
45、378，均匀延伸率由 11.2增加到23.9；随着通道间隙和通道夹角的增加，锥面取向加强；板材的晶粒取向和形貌等与轧制路径密切相关，而与模具温度和板材预热温度的关系很小。 (4) 对 AZ31 镁合金板材等径角轧制工艺进行了优化。根据有限元分析和试验研究，采用通道夹角为 115#176;和内侧倒角半径为 2mm 的模具，优化后的工艺如下：普通轧制压下量约 6，通道间隙 1.01，板材预热 3503min，模具未预热，单道次轧制。 (5) 对等径角轧制和普通轧制 AZ31 板材在退火过程中微观组织和冲压性能的演变规律和影响因素进行了对比研究。结果表明，随着退火时间的延长和退火温度的升高，普通轧制
46、和等径角轧制板材中的孪晶消失，晶粒逐渐趋于均匀、等轴化并开始长大，各晶面的衍射峰强度值降低，但晶粒取向均未发生明显改变。经 30060min 等温退火处理后，两种板材组织均为均匀等轴晶，平均晶粒度约为 12m，沿轧向的屈强比分别为 0.654 和0.441，应变硬化指数分别为 0.263 和 0.458，均匀延伸率分别为 21.6和32.3。 (6) 建立了 AZ31 镁合金板材流变行为和冲压性能与变形条件之间的对应关系。对普通轧制和等径角轧制板材的研究表明，在不同的变形温度和应变速率下，普通轧制板材沿轧向和横向的流变行为趋于各向同性；对于等径角轧制板材，随着变形温度的升高和拉伸速度的降低，沿
47、轧向和横向的流变行为差异减小，各向异性减弱。 (7) 根据 Grosman 模型，建立了与 AZ31 镁合金板材冲压性能参数密切相关的热拉伸流变应力本构方程，在变形温度150300，初始应变速率 110lt;#39;-4gt;slt;#39;-1gt;110lt;#39;-1gt;slt;#39;-1gt;，应变 0.010.3 的范围内，可准确的预测板材的流变行为。 (8) 通过杯突试验和拉深试验对 AZ31 镁合金板材室温冲压成形能力进行了试验，结果表明普通轧制板材的杯突值和拉深比分别仅为 3.78mm 和 1.2，而等径角轧制板材则分别可达 6.21mm 和 1.6 以上：对于等径角轧制
48、板材，采用圆角半径为 R8mm、直径 30mm 的冲头，室温下成功冲压出深度达 16.8mm 的 AZ31 镁合金杯形件。 (9) 制定了合适的 AZ31 镁合金板材热拉深成形工艺。试验表明，拉深温度超过 200后，等径角轧制与普通轧制板材冲压成形能力趋于相同：对于普通轧制板材，在 210240温度范围内，凸模圆角半径为 812mm，凹模圆角半径为 610mm，压边间隙为1.101.17，石墨+机油润滑，拉深速度小于 90mmminlt;#39;-1gt;的工艺条件下，板材的 LDR 可达 2.2 以上，成功制得 LDR 最大为2.53 的杯形拉深件。作为最轻的金属结构材料，镁合金被誉为是“2
49、1 世纪最具发展前途的绿色金属材料” 。特别是变形镁合金板材以其优异的综合性能表现出极其广阔的应用前景，高性能变形镁合金板材的研制已成为当今材料领域的研究热点，而实现镁合金板材的低温乃至室温、高速成形成为扩大其应用的关键。但常规板材制备工艺所形成的强烈的基面织构严重制约了镁合金板材冲压性能的提高，因此在对镁合金塑性变形理论进行深入研究的基础上开发板材成形新技术，是促进变形镁合金可持续发展的重要举措。 本文以提高镁合金板材冲压性能为目的，以实现低温乃至室温、高速冲压成形为目标，从晶粒取向控制出发，提出了等径角轧制新工艺即将普通轧制和大剪切变形相结合，利用轧制变形产生的摩擦力，使板材连续通过两通道成一定夹角且高度相等的模具。采用该工
