AZ31镁合金航空仪表盘快速塑性成形工艺研究

【类型】学位论文

【作者】张拓达 

【关键词】 AZ31镁合金 快速塑性成形 仪表盘

【摘要】镁合金以其优异的性能在各行各业应用日益广泛。受制于密排六方晶格结构，镁合金常温塑性变形能力较差，热加工是提高镁合金成形性能的主要手段。气压成形工艺简单、成形效果好，但成形效率低，因此提高此工艺成形效率十分必要。本文基于此目的，通过对镁合金仪表盘毛坯零件的快速塑性成形研究，研究AZ31镁合金在较高应变速率下的气压成形能力。 通过对细晶AZ31镁合金轧制板材进行单向热拉伸，测量与快速塑性成形相关的材料参数，比较不同温度及变形速率下材料延伸率及流变应力大小，分析断裂形式，找出最优成形温度及变形速率。结果表明：随变形温度升高，材料变形抗力下降，延伸率增大。随变形速率增大，材料变形抗力提高，延伸率下降。在400℃时，较高应变速率下材料仍具有超塑性。较低应变速率下，随温度升高，材料断裂形式由韧窝聚集型断裂开始向晶间断裂形式转变。 在不同温度及气压条件下进行半球件自由胀形，测量板料在双向拉应力状态下变形极限。分析胀形参数对半球件壁厚分布的影响。观察材料变形前后金相组织及断口电子扫描照片，发现变形温度、变形量和应变速率对微观组织演变的影响规律。晶粒尺寸随变形温度升高而增大，当变形量达到一定量时，板料内部出现再结晶组织，平均晶粒尺寸减小。变形过程中材料内部出现空洞，空洞扩展聚集造成材料破裂。空洞在晶界交叉处出现并长大，其扩散长大机制为扩散及应变控制成长机制。 利用MARC有限元分析软件分析了应变速率敏感性指数、摩擦系数和胀形气压对航空仪表盘快速塑性成形的影响，确定优化的成形气压加载路径。数值模拟结果显示板料变形过程中材料初始应变速率最大，此时板料易因为变形速率过大出现局部减薄过度从而在直边凹模入口圆角附近发生破裂。成形后板料在仪表盘四个圆角区域变形量最大，当成形压力过大或成形时间过长时，此处板料会由于变形量过大而破裂。 使用1.5mm厚AZ31镁合金板进行了航空仪表盘的快速塑性成形实验，实验证明在400℃时能够在5min以内完成仪表盘毛坯成形，圆角小于规定尺寸，零件尺寸及壁厚符合要求，材料力学性能无大幅度下降，满足实际使用条件。实际成形时，成形气压加载路径必须在一定范围内，才能成形出合格的仪表盘毛坯。 可通过改变密封圈形状、对板料进行预变形、在成形过程中施加背向气压、合理设计模具尺寸及改善模具润滑条件来优化镁合金仪表盘的快速塑性成形工艺。这些手段都可以提高成形性能，使厚度分布更均匀，减小板料减薄率。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】崔令江

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