AZ31B镁合金冲压板材制备方法.pdf

本发明公开了一种AZ31B镁合金冲压板材制备方法是按下列步骤实现的：1.冲压板材制备：采用AZ31B镁合金扁锭在箱式电阻炉中进行均匀化处理，处理温度为420～450℃，保温18小时；2.板材轧制工艺流程为：扁锭→铣面→修磨→加热→热轧→冷轧→退火→性能检测→成品，热轧的开轧温度450～460℃，热轧道次变形量为15～20％，终轧温度为300±10℃，加热温度为430～450℃，保温时间为1～1.5小时，直至板材厚度为1～2mm；冷轧道次变形量约5％左右，总冷轧变形量控制在25％以下，成品板材的厚度为1.0～1.5mm；在260～300℃再结晶退火，保温时间控制在60～90分钟。该方法制备的板材，在室温下成型性能好，冷冲时不易开裂，成品率高，可用于冲压生产的手机、电视、电脑外壳等壁薄产品。

1、  一种AZ31B镁合金冲压板材制备方法，其特征在于：是按下列步骤实现的：
a、冲压板材制备：采用AZ31B镁合金扁锭，扁锭在箱式电阻炉中进行均匀化处理，处理温度为420～450℃，保温18小时；
b、板材轧制：板材的轧制工艺流程为：扁锭→铣面→修磨→加热→热轧→冷轧→退火→性能检测→成品，
(a)其中热轧的开轧温度450～460℃，热轧道次变形量为15～20％，终轧温度为300±10℃，加热温度为430～450℃，保温时间为1～1.5小时，反复进行，直至板材厚度为1.5～2mm；
(b)冷轧采用多道次小变形量轧制，道次变形量约5％左右，总冷轧变形量控制在25％以下，成品板材的厚度为1.0～1.5mm；
(c)退火工艺：在260～300℃进行再结晶退火，保温时间控制在60～90分钟。

AZ31B镁合金冲压板材制备方法
技术领域
本发明属于板材制备技术领域，具体涉及一种AZ31B镁合金冲压板材制备方法。
背景技术
镁合金具有质轻、比刚度、比强度高、电磁屏蔽性好和回收再利用容易等一系列优良性能，在国内外受到了广泛的重视，被视为21世纪的绿色金属材料。作为比铝更轻的材料，镁远没有发挥其应有的使用价值，有巨大的发展潜力。镁合金板材目前主要应用于航空航天及军事领域，前苏联、德国和美国研究较早，成效较为显著，主要以中厚板为主。随着汽车工业、计算机、仪器仪表等3C产品的兴起，适应轻型化、便携化等发展趋势，镁合金的需求骤增。以提高镁合金板材的产量、质量、改善性能的研究热潮在世界范围内掀起。关于镁合金板材冲压成型工艺技术，国内还没有进行系统研究，国外也才进行了少量的研究。Sugamata等人测试了AZ31B镁合金的杯突试验，发现在室温下镁合金具有较低的深冲比和Erichen值，随着温度的升高，这两个参数也相应提高。在110℃时，最大深冲比为1.67，温度升高到180℃，最大深冲比可提高到2.2。K.Droder等研究认为在200至250℃时，AZ13B镁合金的深冲比可达2.52，可以实现镁合金的冲压成型，使镁合金板材冲压件在工业上的应用成为可能。台湾学者陈富国等研究了AZ31B板材的成形极限，CCV值等成形性能，但仅限于成形性能的研究，并没成形产品的报道。德国学者E.Doege等研究了AZ31B板材的热成形性能。200～250℃时，极限拉延比βmax＝2.52。同时指出，镁合金板材冲压时，必须对模具进行加热，并给出了模拟零件的冲压照片。重庆大学研究了镁合金板材的织构和各向异性，轧制镁合金板材织构主要是基面织构为主的板织构。冷轧后，基面向轧制方向倾斜，使该方向的塑性得到明显改善。在电子工业中，采用镁合金板材冲压技术生产的手机、电视、电脑外壳与相应的压铸件产品相比，有壁薄及生产率高等优势。因此镁合金冲压件具有良好的应用前景，开发镁合金板材冲压及其相关技术具有重要的理论意义与社会效益。但是，由于镁合金晶体结构是密排六方(Hcp)，塑性较差，成形困难，成材率低，加之人们对镁合金易燃、不耐腐蚀等缺点的错误认识，导致变形镁合金板材冲压没有得到大规模应用，变形镁合金及成形工艺的研究还很不充分。变形镁合金的板材、型材以及锻件主要在航空、航天及军事等领域应用，没有普及到民用领域。在节约资源和减少污染的社会要求下，变形镁合金利于可持续发展的战略要求，急需转变观念、加快研究，推动它在民用领域中的应用。
目前镁合金冲压板材在轧制时需要解决的问题：
(1)镁合金具有密排六方结构，低于225℃时，塑性变形限于基面{0001}<1120>滑移及锥面{1012}<1011>孪生。其低温变形只有三个几何滑移系和两个独立滑移系。因此镁合金的冷轧性能差，易开裂。
(2)常规的镁合金冲压板材在冲压过程中往往容易出现开裂、褶皱、坍塌等现象，导致产品报废。这些冲压工艺因素较多，情况较为复杂，需要深入研究。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种在室温下成型性能好，冷冲时不易开裂，成品率高的AZ31B镁合金冲压板材制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该AZ31B镁合金冲压板材制备方法是按下列步骤实现的：1、冲压板材制备：采用AZ31B镁合金扁锭，扁锭在箱式电阻炉中进行均匀化处理，处理温度为420～450℃，保温18小时；2、板材轧制：板材的轧制工艺流程为：扁锭→铣面→修磨→加热→热轧→冷轧→退火→性能检测→成品，其中(1)热轧的开轧温度450～460℃，热轧道次变形量为15～20％，终轧温度为300±10℃，加热温度为430～450℃，保温时间为1～1.5小时，反复进行，直至板材厚度为1～2mm；(2)冷轧采用多道次小变形量轧制，道次变形量约5％左右，总冷轧变形量控制在25％以下，成品板材的厚度为1.0～1.5mm；(3)退火工艺：在260～300℃进行再结晶退火，保温时间控制在60～90分钟。
采用上述技术方案的有益效果：AZ31B镁合金变形主要是孪生、滑移等两种形式。变形温度小于300℃时，孪生在塑性变形中起着一定的作用，随着温度升高，滑移的比重增大，并为动态再结晶提供了形核条件。在250～450℃变形温度范围内，镁合金变形都会发生动态再结晶。据此，镁合金的最佳变形温度在300～350℃范围，变形抗力低，塑性好，易于成形。AZ31B镁合金在中温变形时，形成局部动态再结晶组织—“项链”状组织，随着变形温度提高，“项链”状组织逐渐较少或消失。在较高温度下变形时，动态再结晶组织均匀。当变形温度高于450℃时，变形后的晶粒明显长大。故对AZ31B镁合金扁锭进行均匀化处理，消除成分偏析，保证组织均匀，改善了镁合金扁锭的成形性能，其金相组织见图1，从源头上改善AZ31B镁合金板材的成形性能。在板材轧制中在温度在300℃以上轧制，具有很好的塑性，可以采用大的道次变形量进行轧制。当轧制温度低于300℃后，板材的塑性下降，在冷轧时，首次变形量为5％左右，总变形量应控制在25％以内，可以避免出现边裂。AZ31B板材冷轧后显微组织内存在大量的位错和孪晶组织，使其强度提高，但塑性却显著降低。为了获得最佳的综合力学性能，需采用适当的退火工艺进行处理，消除变形组织，改善综合力学性能。见表1退火AZ31B板材的力学性能
表1 退火AZ31B板材的力学性能

从表中可以看出，冷轧退火后的综合力学性能得到了显著提高。
如图2、3冷轧后的镁合金板材分别经过260℃和350℃退火处理，保温时间分别为10、30、60、90、120min，其典型显微组织。通过本发明方法轧制的AZ31B镁合金板材，伸长率可达18％以上，强度可达270Mpa，屈强比(σ_s/σ_b)较高；塑性应变比r值可达1.56，高的r值有利于冲压成形加工；AZ31B板材的应变强化指数n值在轧向、横向与斜向的差别不大，在0.163和0.181之间，有利于改善冲压成形性能。应变强化指数n值经过交叉轧制后得到提高，有利于改善冲压成形性能。
表3为AZ31B板材轧制后的冲压性能
表3A Z31B板材轧制后的冲压性能

注：取样方向中0°表示轧制方向，90°表示垂直于轧制方向，45°表示与轧制方向成45°。
从表3中可以看出，不同状态的AZ31B板材的力学性能存在较大的差异。热轧状态的抗拉强度远远低于冷轧状态的相应指标，然而其延伸率又比冷轧状态的相应指标高。说明温轧状态的显微组织与冷轧状态的显微组织比较接近。热轧状态各方向上抗拉强度相差不大，但是横向的延伸率仅仅有7～10％，远远低于轧制方向和斜向的延伸率，说明AZ31B镁合金热轧板材存在较大的塑性各向异性。冷轧其抗拉强度指标比热轧状态高接近70MPa，但是其延伸率指标却比热轧状态低，主要原因是板材通过冷轧后，变形组织内形成了大量的孪晶，位错密度很大，使强度指标得到极大提高，但是塑性指标却降低很多。要改善冷轧板材的力学性能就必须进行退火，在退火过程中变形组织产生回复或者再结晶，降低位错密度，改善综合力学性能，提高板材冲压性能。对通过本方法轧制的AZ31B板材的杯突、扩孔、拉深和弯曲等模拟成形性能试验，厚度为1～2mm的板材极限胀形高度为4.90mm；极限平均扩孔率为5.70％；第一次极限拉深系数为0.788，拉深比为1.268，最小相对弯曲半径r_min/t约为5.0。故AZ31B镁合金冲压板材在室温下成型性能好，冷冲时不易开裂，成品率高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细的说明。
图1为AZ31B镁合金扁锭显微组织。
图2为AZ31B镁合金热轧板材显微组织。
图3为AZ31B镁合金冷轧板材显微组织
具体实施方式
AZ31B镁合金冲压板材制备方法是按下列步骤实现的：1、冲压板材制备：采用AZ31B镁合金扁锭，AZ31B镁合金扁锭的化学成分(质量百分比比)如下表，

扁锭首先通过铣面将由浇铸过程中带来的表面缺陷铣去，并将棱角加工成圆角。再将扁锭在箱式电阻炉中进行均匀化处理，处理温度为420～450℃，保温18小时，扁锭均匀化处理后的显微组织见图1；2、板材轧制：板材的轧制工艺流程为：扁锭→铣面→修磨→加热→热轧→冷轧→退火→性能检测→成品，轧制速度稳定在1m/s，加热在箱式电阻炉中进行，热轧的开轧温度450～460℃，热轧道次变形量为15～20％，终轧温度为300±10℃，加热温度为430～450℃，保温时间为1小时，反复进行，直至板材厚度为1.5～2.5mm，热轧后板材的显微组织见图2；(2)冷轧采用多道次小变形量轧制，道次变形量约5％左右，总冷轧变形量控制在25％以下，成品板材的厚度为1.0～1.5mm，冷轧后的板材显微组织见图3；(3)退火工艺：在260～300℃进行再结晶退火，保温时间控制在60～90分钟。