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随着现代制造业对材料和工艺要求的不断提高,近年来镁合金的快速气压胀形工艺已成为加工界的热点。本文研究了AZ31B镁合金板快速气压胀形过程中的成形极限和空洞演变。基于Mises屈服准则,本文建立了快速气压胀形过程中的力学计算模型,并通过Marc有限元软件对椭圆件胀形过程进行了模拟,分析了胀形过程中各个参量的变化规律,预测了本试验中对应于目标应变速率的胀形气压值。通过采用具有不同长短轴比例的椭圆模具,对1.2mm厚的AZ31B镁合金板材在不同工艺条件下的成形极限进行了研究,并分别绘制出了应变速率为2×10-3s-1和2×10-2s-1,胀形温度为350℃、375℃和400℃时的成形极限图,将成形极限图分为破裂区、危险区和安全区三个部分,并对成形极限图进行了校核和验证。分析了温度和应变速率对成形极限的影响,试验发现,温度的提高有利于提高板材的成形极限,而应变速率的提高降低了板材的成形极限和胀形件的胀形高度,应变速率提高10倍时,成形极限降低只降低0.2～0.3左右,板材仍然保持较高成形极限,验证了快速气压胀形在高应变速率下的可行性。通过扫描电镜分析发现,各个胀形温度下的断口处有大量空洞的存在,在较低温度200℃时,板材的断裂机制主要为准解理断裂,当胀形温度升高到350℃,断口中有韧窝的出现,并有尺寸大小不一的空洞,板材的断裂机制转变为韧性断裂,在较高胀形温度400℃时,断口中出现大量韧窝,断口的韧性断裂更为明显,且板材的断裂开始向沿晶断裂过渡。利用光学显微镜和扫描电镜研究了AZ31B镁合金板材在快速气压胀形时的空洞形态和演变规律,空洞主要以扩散型空洞和应力型空洞两种形式存在。在胀形初期,压力的加载使板材迅速发生变形,晶粒的转动和晶界的滑移使空洞迅速生成,随着胀形过程的进行,空洞逐渐长大,当空洞长大到一定尺寸会发生空洞结合现象,大量空洞的结合最终导致了板材的破裂。空洞体积分数随着应变的提高而增大,两者呈指数分布的数学关系,在胀形件顶部最大应变处,空洞体积分数最大,胀形温度为350℃时,无背压和有背压时的最大空洞比率分别为21%和16%。在相同的应变时,背压的加载能显著降低空洞的体积分数。试验还发现,提高温度和降低应变速率也有助于空洞比率的降低。但空洞只能在一定程度上被抑制,并不能完全消失。半球件自由胀形试验表明,在胀形温度为350℃,胀形300s的工艺条件下,主压0.8MPa、无背压与主压1.8MPa,背压1MPa时的胀形高度分别为42.3mm和43.1mm,板材的最大减薄量分别为73%和78%,可见,背压的加载可以提高半球件的胀形高度,增大板材的最大减薄量,使板材发生更大的变形。