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镁合金板材超塑性成形极限的实验研究

2020-12-18 来源:客趣旅游网
维普资讯 http://www.cqvip.com 镁合金板材超塑性成形极限的实验研究 29 镁合金板材超塑性成形极限的实验研究 Research on Superplastic Forming Limit of Magnesium Alloy Sheet 宋美娟 ,汪凌云 ,刘饶川 ,向毅 (1重庆科技学院机械系,重庆400050;2重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044) SONG Mei—i uan ,WANG Ling-yun ,LIU Rao—chuan ,XIANG Yi (1 Department of Mechanical Engineering,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 400050,China;2 College of Materials Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China) 摘要:通过超塑性刚性凸模胀形实验研究了AZ31B镁合金板材的超塑性成形极限。在变形温度为573K,初始变形速率 为3.3×10 S 的条件下,建立了AZ31B镁合金板料成形极限实验曲线(FLC),并且得到无论在拉压变形方式或是在 双向受拉变形方式下超塑性变形时,AZ31B镁合金板料发生集中性失稳的条件均是dez一0。 关键词:AZ31B镁合金;超塑性;成形极限;失稳 中图分类号:TG135.3 文献标识码:A 文章编号:1001—4381(2007)07—0029—04 Abstract:The superplastic bulging test of AZ31B magnesium alloy sheet of 0.6mm thick was carried out on Alliance RT/50 tensile machine at 573K and 3.3×10一 S_。.the superplastic forming limit dia— gram(FLD)at 573K and 3.3×10 S_。was established for the first time.It iS found that,either in tensile-compressive deformation or in bi-axis tensile deformation,the judgment criterion for local necking of superplastic deformation is de2—0. Key words:AZ3 1 B magnesium alloy;superplasticity;FLD;plastic instability 成形性能的优劣往往决定着一种使用性能优越的 材料能否得到实际应用。在材料的成形性能中最为重 要的是成形极限的大小。材料的成形极限曲线FLC 对超塑性板料拉伸失稳的研究目前还较少[4]。 本工作通过超塑性凸模胀形实验建立了AZ31B 镁合金板材成形极限曲线图,并对AZ31B镁合金板材 超塑性拉伸失稳过程中的应变路径变化规律进行了探 (Forming Limit Curve)L】 位置的高低,反映了材料在 各种应力应变状态下局部极限变形能力的大小。 讨,为镁合金板材成形工艺参数优化及模具设计提供 了依据。 金属超塑性失稳和断裂的发生常起因于内部损伤 的缓慢扩展。局部化颈缩是金属板材成形的一个重要 特征,可以用来表征材料的流动性。工艺因素和金属 流动性可改进金属板料成型零件的设计并影响成形工 艺的成功与否。为此,成形极限曲线图(FLC)被广泛 用于分析金属薄板成形工艺。FLC就是用材料的局 1 AZ31B镁合金板料凸模胀形实验 本工作采用建立成形极限曲线FLC的Nakazima 实验方法,这种方法的实质是刚性凸模胀形实验,凸 模呈半球形,图1为Nakazima的刚性凸模胀形实验 方法的示意图,试件的边缘被压边圈压紧。通过凸模 胀形,使试件上的某个点达到极限状态,通过改变试件 的宽度和试件与凸模间的润滑,来改变极限点的|0值。 部化颈缩去度量金属薄板成形产品的流动性。破坏前 的最大流动性被定义为具体成形过程中材料没有发生 失稳的极限响应,最具有代表性的研究是Hill[2]运用 经典塑性理论分析了金属在局部化颈缩过程中的流动 性。由于超塑性材料对应变速率敏感而对应变不敏 使应变状态从压延到胀形变化。虽然实验中存在着板 料与模具之间的摩擦,但具有接近工业实际情况的优 点。 1.1实验材料和试样 感,使得其稳定变形阶段很短而载荷失稳后的准稳定 变形阶段较长L3]。事实上,超塑性材料的大延伸率正 是由于准稳定变形阶段较长的结果。因此现有的关于 一般塑性板料的拉伸失稳理论不适用于超塑性材料。 选用0.6mm厚的工业态轧制AZ31B镁合金板材 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 镁合金板材超塑性成形极限的实验研究 31 将试件拉伸至各种不同变形程度,分别测量出AZ31B 径变化,并绘制成如图5的曲线。其中图5a是初始应 镁合金板材在不同加载路径下的拉伸变形过程中板平 面内两主应变(e ,e )的分布和最小截面处的应变路 0.5 .变比 为负值时的应变路径,图5b是初始应变比po 为正值时的应变路径。 _(b) 0.5 (a) ◆ 0.4 .◆ ◆ ◆◆◆ ◆ ◆◆◆ O.4 —0_3 - o.3 . ..7 0.2 0.1 . :. o.2 O.1 \ / I I : .0.2 .0.1 0 82 -0.3 .0.2 -0.1 0 £2 0.1 0.2 0.3 .0.3 0.1 0.2 0.3 图4 AZ3l镁合金板材实验成形极限曲线图 (a)e・ Fig.4 The FCL curve of AZ3lB sheet实测值的散点分布;(b)成形极限曲线FLC (a)the scattered dots of(£I,e2);(b)forming limit curve 现将AZ31B镁合金板材超塑性变形过程中的应 变路径变化曲线分成四个阶段 (参见图5)。分别 为:与载荷增加相对应的oa阶段;最大载荷出现后的 流变阶段,即应变路径仍基本保持不变的n6阶段;应 变路径发生漂移的6c阶段和平面应变阶段。 在n6阶段,即在最大载荷出现以后的较长一段时 图5 AZ31B镁合金板材拉伸变形过程中的应变路径曲线Fig.5 The straining path of the AZ31B sheet in tensile test(a)po—~0.42;(b)po—O.65 (a)po一一0.42:(b)po—O.65 间内,载荷的增量dp <0,但从宏观上看应变路径基 本保持不变,明显的分散性缩颈尚未形成。在6c阶 段,应变路径开始向平面应变状态漂移,特别在变形的 移,即在双向受拉变形方式下变形时de ≤0。因此,无 论在拉压变形方式或是在双向受拉变形方式下超塑性 变形时,板料发生集中性失稳的条件均是dc 一0。 后期,漂移速率明显加快,到C点时,平面状态形成,应 变状态漂移结束。另外,在双向受拉变形方式下颈区 内应变状态变化特征,与拉压变形方式下相同。 根据以上实验结果分析,以及零应变线方向与应 变状态的相关性可见:在超塑性变形过程中,应变分布 并不总是均匀的。当一定变形程度以后,由于变形约 (1)在变形温度为573K,初始变形速率为3.3× 3 结论 10 S 的条件下,试件胀形最大高度为41.20mm,半 径为50mm,其高径比为H/d一0.824,胀形高度接近 凸模半径。可以认为工业态AZ31B镁合金板料在中 温条件下的超塑性成形性能好,合乎成形零件的基本 要求。 (2)通过超塑性刚性凸模胀形实验,建立了 束和空洞损伤的存在和交互作用,应变路径从加载状 态下不断向平面应变状态漂移。在拉压变形方式下, 零应变线方向随之不断发生转动,其方向角0(0一 arctan ̄/一p)相应减小,逐渐趋于零。到平面变形状态 时(』D一0),零应变线也转至平行于e 轴,即有de 一0。 因此,在拉压变形方式下变形时de :0。在双向受拉 变形方式下变形时,其应变状态也向平面应变状态漂 AZ31B镁合金板料成形极限实验曲线(FLC)。以此 作为依据,可对实际加工中得到的数据进行比较,为镁 合金板材成型工艺参数优化和模具设计奠定了基础。 维普资讯 http://www.cqvip.com 32 材料工程/2007年7期 [7]GRAF A,HOSFORD W.Effect of strain paths on forming limit (3)AZ31B镁合金板材超塑性变形过程中的应变 路径变化曲线分成四个阶段:与载荷增加相对应的阶 diagrams of A12008一T4[J].Metall Trans A,1993,24A:2503— 2512. 段;最大载荷出现后仍保持宏观均匀应变阶段;应变路 径发生漂移的阶段和平面应变阶段。无论在拉压变形 [8]GRAF A,HOSFORD W.The influence of strain-path on forming limit diagrams of AI61l1 T4[J].Int J Meeh Sci,1994,36(10): 897—910. 方式或是在双向受拉变形方式下超塑性变形时, AZ31B镁合金板料发生集中性失稳的条件均是d£z— O。 [9] GRAF A,HOSFORD W.Calculation of forming limit diagrams [J].Metall Trans A,1990,21A:87—94. 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