镁合金带内筋筒形件热强旋成形工艺及质量研究
发布时间：2021-08-04 11:19
为适应新世纪制造业的创新和发展,汽车、航空航天及军工等领域对结构材料的轻量化、高性能、低能耗等要求不断提高。镁合金是目前最轻的金属结构材料,具有比强度、比刚度高等优点。ZK61镁合金属于高强度镁合金,晶粒细小、耐热性强及耐腐蚀性强。镁合金和带内筋筒形件相结合可从材料和结构两方面有效满足结构件轻量化、高强度的要求。但镁合金常温塑性差,带内筋筒形件在塑性成形中存在内筋充填成形困难等问题。旋压成形是逐点连续塑性变形的成形方法,可有效提高材料塑性,采用热强旋工艺是克服镁合金常温塑性差和实现带内筋筒形件成形的有效途径。因此对镁合金带内筋筒形件热强旋成形工艺进行研究,对于控制缺陷的产生、提高旋压件成形质量具有重要的理论价值和实践意义。本文提出采用固溶处理方法消除ZK61镁合金挤压态管坯组织不均匀性,研究了固溶参数对镁合金组织和力学性能的影响;基于高温单向压缩试验,构建了基于动态材料模型的固溶态ZK61镁合金热加工图,分析了镁合金变形行为和流变失稳。为实现结构管件的轻量化、高强度化,设计了筋高为4mm、筋宽为4mm、筋数为12的梯形内筋筒形件,并进行了热强旋成形工艺分析和工装设计,提出采用圆度、直线...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镁合金产品
热加工图应用现状1.2.1镁合金的塑性变形特点镁合金是当前最轻的金属结构材料（见图1-1），其密度为1.8g/cm3左右，相当于铝合金的2/3、钢铁的1/4。材料的强度（刚度）与重量之比称为比强度（比刚度），是优质结构材料的特征之一。作为最轻的金属结构材料，镁合金可有效实现零部件的轻量化，其比强度和比刚度高于钢铁及铝合金等其他金属材料，远高于工程塑料；镁合金材料可实现百分之百回收利用从而降低成本，具有较大的环保价值；此外镁合金具有阻尼减震性好、导热性好以及电磁屏蔽效果好等优点。镁合金具有密排六方结构（见图1-2），与铝合金、钛合金等相比，其塑性变形能力较差，其常温下的挤压、轧制、锻造及旋压等塑性加工过程较为困难，一般只能在高温条件下进行塑性变形加工[15]。目前对镁合金塑性成形工艺技术的研究主要有：研究镁合金伴随动态再结晶过程的热塑性加工工艺，以及研究改善镁合金塑性成形能力与力学性能的方法[16-17]。图1-1镁合金产品图1-2镁合金六方体晶体结构塑性是金属材料的重要力学性能指标之一，决定了结构件材料的塑性加工成形能力以及使用性能[1]。采用塑性加工技术成形结构件件不仅可有效改善制件晶粒组织、提高制件的精度、表面质量和产品综合性能[18]，还可提高生产效率、降低成本，因而塑性加工成形是镁合金材料最重要的加工成形方法之一[19]。根据成形温度特征进行分类，镁合金的塑性成形方法可分冷加工、温加工和热加工。与其他合金不同，镁合金在常温条件下塑性变形能力极差，容易产生裂纹等缺陷，加工难度较大，因此冷加工成形应用较少；镁合金通常需要在加热条件下塑性加工成形，高温成形有利于提高镁合金塑性、降低变
第一章绪论3形抗力[20]，且原子扩散能力加强，热塑性成形伴随动态再结晶，有利于制件获得良好的变形组织[21]。镁合金材料的塑性变形过程主要是通过位错运动实现的，其主要变形机制是滑移和孪生[5]。镁合金材料的滑移系越多位错运动过程中越不容易产生塞积，塑性变形能力越好。密排六方晶格的镁合金常温下可用的独立滑移系数量有限[22]，仅有基面滑移系启动（如图1-3示所示），提供3个独立滑移系，难以充分满足Von-Mises准则5个独立滑移系的要求，极大地限制了镁合金常温塑性变形协调能力[18]。镁合金滑移是一种热激活过程，常温条件下镁合金的塑性变形过程需要借助孪生协调变形，主要以滑移和孪生为主要变形机制（如图1-4a）所示），滑移模式主要为基面滑移；随着变形温度升高，镁合金原子活动能力增强，棱柱面和锥面等非基面滑移系的临界剪切应力减小并通过热激活得到启动，此时镁合金变形主要以滑移为主要变形机制（如图1-4b）所示），镁合金塑性变形能力大幅度提升。孪生是一个应力激活过程，一般在低温高应变速率条件下才出现孪生变形；而镁合金在高温变形时，当滑移变形受阻无法顺利进行，产生局部应力集中，从而促进孪晶形核，孪生也会成为镁合金的主要塑性变形机制。图1-3合金独立滑移系a）变形温度300℃b）变形温度350℃图1-4镁合金孪晶组织[1]
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻质高性能镁合金开发及其在航天航空领域的应用[J]. 丁文江,吴国华,李中权,肖旅,陈玉狮. 上海航天. 2019(02)
[2]AZ91筒形件旋压的组织演化及微/纳力学性能[J]. 张媛琦,王文先,陈洪胜,曹晓卿,张婷婷,张宇阳. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[3]错距旋压技术研究现状及发展方向[J]. 韩冬,孙于晴,杨延涛,赵升吨. 锻压技术. 2018(12)
[4]固溶+时效处理对ZK61镁合金组织和力学性能的影响[J]. 王强. 热加工工艺. 2018(18)
[5]固溶后的晶粒结构对ZK60镁合金挤压型材力学性能的影响[J]. 包娜娜,许道奎,刘春忠. 金属热处理. 2018(09)
[6]AZ31镁合金热加工工艺参数范围的确定[J]. 成志锋. 热加工工艺. 2018(17)
[7]强力旋压镁合金筒形件的显微组织及微纳力学性能[J]. 张婷婷,王文先,曹晓卿,林鹏,魏屹. 稀有金属材料与工程. 2018(05)
[8]AZ91D镁合金热变形行为及加工图研究[J]. 邱旭东,王振军,田亮,蔡长春,尚鸿甫,黄飚. 特种铸造及有色合金. 2018(04)
[9]AZ80镁合金轮毂强力旋压工艺及组织性能研究[J]. 曹振,王旭东,董杰,王锋华,王胜强. 稀有金属. 2018(02)
[10]Mg-5Zn-1Mn合金高应变速率热压缩过程中的组织演变和流变行为[J]. 陈潮,严红革,陈吉华,夏伟军,苏斌,曹梦馨,宋旼. 中国有色金属学报. 2016(08)
博士论文
[1]杯形薄壁内齿轮旋压成形机理及工艺优化研究[D]. 孙凌燕.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为及热旋组织性能演变[D]. 靳学泽.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3321599
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镁合金产品
热加工图应用现状1.2.1镁合金的塑性变形特点镁合金是当前最轻的金属结构材料（见图1-1），其密度为1.8g/cm3左右，相当于铝合金的2/3、钢铁的1/4。材料的强度（刚度）与重量之比称为比强度（比刚度），是优质结构材料的特征之一。作为最轻的金属结构材料，镁合金可有效实现零部件的轻量化，其比强度和比刚度高于钢铁及铝合金等其他金属材料，远高于工程塑料；镁合金材料可实现百分之百回收利用从而降低成本，具有较大的环保价值；此外镁合金具有阻尼减震性好、导热性好以及电磁屏蔽效果好等优点。镁合金具有密排六方结构（见图1-2），与铝合金、钛合金等相比，其塑性变形能力较差，其常温下的挤压、轧制、锻造及旋压等塑性加工过程较为困难，一般只能在高温条件下进行塑性变形加工[15]。目前对镁合金塑性成形工艺技术的研究主要有：研究镁合金伴随动态再结晶过程的热塑性加工工艺，以及研究改善镁合金塑性成形能力与力学性能的方法[16-17]。图1-1镁合金产品图1-2镁合金六方体晶体结构塑性是金属材料的重要力学性能指标之一，决定了结构件材料的塑性加工成形能力以及使用性能[1]。采用塑性加工技术成形结构件件不仅可有效改善制件晶粒组织、提高制件的精度、表面质量和产品综合性能[18]，还可提高生产效率、降低成本，因而塑性加工成形是镁合金材料最重要的加工成形方法之一[19]。根据成形温度特征进行分类，镁合金的塑性成形方法可分冷加工、温加工和热加工。与其他合金不同，镁合金在常温条件下塑性变形能力极差，容易产生裂纹等缺陷，加工难度较大，因此冷加工成形应用较少；镁合金通常需要在加热条件下塑性加工成形，高温成形有利于提高镁合金塑性、降低变
第一章绪论3形抗力[20]，且原子扩散能力加强，热塑性成形伴随动态再结晶，有利于制件获得良好的变形组织[21]。镁合金材料的塑性变形过程主要是通过位错运动实现的，其主要变形机制是滑移和孪生[5]。镁合金材料的滑移系越多位错运动过程中越不容易产生塞积，塑性变形能力越好。密排六方晶格的镁合金常温下可用的独立滑移系数量有限[22]，仅有基面滑移系启动（如图1-3示所示），提供3个独立滑移系，难以充分满足Von-Mises准则5个独立滑移系的要求，极大地限制了镁合金常温塑性变形协调能力[18]。镁合金滑移是一种热激活过程，常温条件下镁合金的塑性变形过程需要借助孪生协调变形，主要以滑移和孪生为主要变形机制（如图1-4a）所示），滑移模式主要为基面滑移；随着变形温度升高，镁合金原子活动能力增强，棱柱面和锥面等非基面滑移系的临界剪切应力减小并通过热激活得到启动，此时镁合金变形主要以滑移为主要变形机制（如图1-4b）所示），镁合金塑性变形能力大幅度提升。孪生是一个应力激活过程，一般在低温高应变速率条件下才出现孪生变形；而镁合金在高温变形时，当滑移变形受阻无法顺利进行，产生局部应力集中，从而促进孪晶形核，孪生也会成为镁合金的主要塑性变形机制。图1-3合金独立滑移系a）变形温度300℃b）变形温度350℃图1-4镁合金孪晶组织[1]
【参考文献】：
期刊论文
[1]轻质高性能镁合金开发及其在航天航空领域的应用[J]. 丁文江,吴国华,李中权,肖旅,陈玉狮. 上海航天. 2019(02)
[2]AZ91筒形件旋压的组织演化及微/纳力学性能[J]. 张媛琦,王文先,陈洪胜,曹晓卿,张婷婷,张宇阳. 稀有金属材料与工程. 2019(02)
[3]错距旋压技术研究现状及发展方向[J]. 韩冬,孙于晴,杨延涛,赵升吨. 锻压技术. 2018(12)
[4]固溶+时效处理对ZK61镁合金组织和力学性能的影响[J]. 王强. 热加工工艺. 2018(18)
[5]固溶后的晶粒结构对ZK60镁合金挤压型材力学性能的影响[J]. 包娜娜,许道奎,刘春忠. 金属热处理. 2018(09)
[6]AZ31镁合金热加工工艺参数范围的确定[J]. 成志锋. 热加工工艺. 2018(17)
[7]强力旋压镁合金筒形件的显微组织及微纳力学性能[J]. 张婷婷,王文先,曹晓卿,林鹏,魏屹. 稀有金属材料与工程. 2018(05)
[8]AZ91D镁合金热变形行为及加工图研究[J]. 邱旭东,王振军,田亮,蔡长春,尚鸿甫,黄飚. 特种铸造及有色合金. 2018(04)
[9]AZ80镁合金轮毂强力旋压工艺及组织性能研究[J]. 曹振,王旭东,董杰,王锋华,王胜强. 稀有金属. 2018(02)
[10]Mg-5Zn-1Mn合金高应变速率热压缩过程中的组织演变和流变行为[J]. 陈潮,严红革,陈吉华,夏伟军,苏斌,曹梦馨,宋旼. 中国有色金属学报. 2016(08)
博士论文
[1]杯形薄壁内齿轮旋压成形机理及工艺优化研究[D]. 孙凌燕.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]Mg-7Gd-5Y-0.6Zn-0.9Zr镁合金热变形行为及热旋组织性能演变[D]. 靳学泽.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3321599
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