AZ31和AZ80镁合金中厚板弯曲性能研究

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镁合金板材的生产流程包括板材的卷曲、开卷以及矫平等工序,镁板在卷曲、开卷和矫平过程中都涉及到弯曲变形。在目前的研究中,对镁合金薄板材的弯曲性能的研究较多,而对中厚板材弯曲力学性能及变形机理的研究甚少。因此,本文对AZ31、AZ80轧制中厚板材以及AZ31挤压中厚板材进行了弯曲性能及变形机理的研究。首先对AZ31、AZ80轧制中厚板以及AZ31挤压中厚板沿厚度方向的初始微观组织和宏观织构进行了对比分析。结果表明,AZ31轧板、AZ80轧板和AZ31挤压板的初始平均晶粒尺寸分别为8.1~10.1μm,13.4~14.7μm和29.2~33.1μm;并且,轧板为典型的轧制板织构,挤压板为基面纤维织构。然后将板材在弯曲温度为100℃、150℃、200℃、250℃,弯曲速率为10mm/min和30mm/min下进行三点弯曲试验,考察板材在各条件下的极限弯曲性能。通过对AZ31轧板在不同条件下弯曲后的组织观察和弯曲应力应变曲线分析表明,随着弯曲温度的升高,弯曲应力逐渐降低,挠度值逐渐增加;随着弯曲速率的增加,挠度值增大。EBSD分析表明,在较低温度(100~150℃)弯曲时,板材受压部位产生较多{10-12}拉伸孪晶,受拉部位产生少量拉伸孪晶协调变形,孪晶切分母晶粒使组织得到细化。随着弯曲温度的升高,形变组织发生再结晶,且温度越高,再结晶程度越高。通过研究AZ80轧板在不同弯曲温度、不同弯曲速率下的弯曲性能表明,Al含量高的AZ80在晶界处析出网状的Mg17Al12共晶相。AZ31和AZ80轧板弯曲极限挠度与弯曲温度和弯曲速率有关,相对来说,AZ80弯曲极限挠度明显低于同变形条件下的AZ31板材。对AZ31和AZ80轧板的弯曲性能来说,弯曲速率比弯曲温度更显著更敏感。在较低温度弯曲时,可以通过提高弯曲速率来达到板材弯曲目标值。通过对AZ31挤压板进行弯曲试验来考察板材初始变形状态对其弯曲性能的影响。研究表明,挤压板初始平均晶粒尺寸在30μm左右,部分晶粒尺寸达到100μm以上,在较低温度(100℃、150℃)弯曲时,在大晶粒内产生了较多交叉、平行的孪晶变体。孪晶类型为:与母晶粒取向差为86°的{10-12}拉伸孪晶,与母晶粒取向差为56°的{10-11}压缩孪晶,与母晶粒取向差为38°的{10-11}-{10-12}二次孪晶。在弯曲速率为10mm/min时,板材在各温度下的极限挠度基本保持不变。且弯曲速率大的,再结晶程度越高。AZ31挤压板对弯曲温度敏感度不高。因此,对AZ31挤压板的弯曲变形侧重于提高弯曲速率。此外,通过对AZ31、AZ80轧板以及AZ31挤压板弯曲后厚度方向组织的分析发现,板材在不同条件下变形时,其中间层组织基本和初始组织一致,说明板材在弯曲过程中存在应力应变中性层,既不受压也不受拉。
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