【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 的外文文獻(xiàn)翻譯 原始資料的 題目 /來(lái)源 ： Blow forming of AZ31 magnesium alloys at elevated temperatures/ORIGINAL RESEARCH 翻譯后的中文題目： AZ31 鎂合金在高溫下的吹塑成型 院 （系） 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 材料成型及控制工程 中文 翻譯 AZ31鎂合金在高溫下的吹塑成型 ：本文研究和報(bào)道了關(guān)于 AZ31B 鎂合金商業(yè)片在高溫下的成形行為。 實(shí)驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是分析自由脹形實(shí)驗(yàn)，第二階段是分析板材填充封閉模具的能力。施加不同的壓力和溫度，用標(biāo)本圓拱高度表征參數(shù)，在相同時(shí)實(shí)驗(yàn)中，使用分析的方法來(lái)計(jì)算應(yīng)變速率敏感指數(shù)。 因此適當(dāng)?shù)某尚螀?shù)如溫度和壓力，對(duì)于隨后的成形實(shí)驗(yàn)是有用處的。第二階段中，在帶有棱形空腔的密閉模具中進(jìn)行成形實(shí)驗(yàn)。 同時(shí)分析了相關(guān)的過(guò)程參數(shù)對(duì)成形結(jié)果中壁厚填充、最終樣品上圓角半徑及分布的影響。閉模成形實(shí)驗(yàn)證明：如果工藝參數(shù)選擇適當(dāng)，所研究的商業(yè)鎂板可成形復(fù)雜的幾何形狀。 ： 吹塑成形、材料特性、 AZ31 鎂合金 在眾多結(jié)構(gòu)材料中，鎂合金以其低比重得到了行業(yè)廠家越來(lái)越多個(gè)興趣，鎂合金在具有最低的密度，在輕量化上也有很高的潛力，尤其是在移動(dòng)正在使用運(yùn)動(dòng)部件的領(lǐng)域 。在這些應(yīng)用中，越來(lái)越多地為輕質(zhì)合金材料，尤其是傳統(tǒng)的成形方法無(wú)法快速有效的成形鎂合金等合金，使得超塑性成形（ SPF）成為一種有吸引力的成形方法。事實(shí)上，具有極其復(fù)雜形狀的輕量化部件可以由具有超塑性的單層板通過(guò)超塑性成形制造。輕金屬合金如鋁、鈦和鎂，有些難以在傳統(tǒng)的成形條件下成形，吹塑成形（ BF）的應(yīng)用隨之越來(lái)越多。吹塑過(guò)程主要是將坯料放入模具型腔中，并在其上施加成形氣體（如空氣、氬氣）。相比基于成形操作的流體，在高溫成形的區(qū)域，氣體的耐熱性為實(shí)現(xiàn)更高的溫度提供了可能 [1]。該氣體可完全替代傳統(tǒng)沖壓工序中的 驅(qū)動(dòng)沖頭，并且允許具有高細(xì)節(jié)層次的不同種類(lèi)材料的變形。在過(guò)去，吹塑成型的理念主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的玻璃吹制上，它的主要原理是在材料溫度高于其軟化點(diǎn)后成形。目前， BF 的原理已被廣泛應(yīng)用到塑料的制造上。 這個(gè)過(guò)程進(jìn)行的金屬板料成形相比傳統(tǒng)的成形方法潛力是顯著的。它有如下優(yōu)點(diǎn)：（ i）在具有高細(xì)節(jié)層次的單一操作中成形大而形狀復(fù)雜的組件；（ ii）他們用近似網(wǎng)狀的制造方法大大減少了后續(xù)的成本和在裝配操作上花費(fèi)的時(shí)間；（ iii）無(wú)需人力損耗；（ iv） 成品有更高的尺寸精度；（ v）回彈對(duì)成形部分影響小。 然而，金屬的超塑性吹塑成形 并沒(méi)有在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠湓牧虾蜕a(chǎn)過(guò)程成本較高，這使得它的競(jìng)爭(zhēng)力要比其他的傳統(tǒng)技術(shù)弱。為了克服這些缺點(diǎn)，高應(yīng)變速率超塑性和其他技術(shù)比如快速塑料成形應(yīng)用而生，并且為實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)一直在改進(jìn)。 成功實(shí)施QPF 技術(shù)需要一個(gè)遠(yuǎn)離小批量假設(shè)的轉(zhuǎn)換，這種假設(shè) 與之前應(yīng)用在航空航天和利基汽車(chē)產(chǎn)品的 BF 技術(shù)是相關(guān)聯(lián)的。另一方面，原材料的準(zhǔn)備更加苛刻：控制極小平均晶粒尺寸的顯微 結(jié)構(gòu)也是有要求的 [2,3]。 在這項(xiàng)工作中，分析了在高溫下通過(guò) BF 技術(shù)的裝置一塊商業(yè)鎂板的成形行為。所使用的剛發(fā)包括兩個(gè)方面：（ i） 通過(guò)脹形 測(cè)試得出的第一相表征；（ ii） 第二階段在封閉模具中成形過(guò)程的分析。 該工作主要目標(biāo)是結(jié)合 BF 技術(shù)分析鎂合金在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用潛力。這些合金已經(jīng)顯示出 在高溫下具有超塑性 [4,7]。最終目標(biāo)是看這種成形技術(shù)對(duì)商業(yè)開(kāi)發(fā)的影響，一旦 工藝參數(shù)的優(yōu)化有了顯著的成果，首先可是實(shí)現(xiàn)循環(huán)時(shí)間的減少。 ：在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的設(shè)備上已經(jīng)進(jìn)行了材料特性和封閉模具成形測(cè)試，這個(gè)設(shè)備嵌在 INSTRON 萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī) 的圓筒形裂解爐中。設(shè)備包括：（ i） 一個(gè)壓邊器， （ ii）具有多個(gè)不同型腔的凹模，來(lái)滿足不同的成形條件 ，（ iii）連通氬氣缸的供應(yīng)氣體的氣動(dòng)回路，在靠近成形腔室應(yīng)有成比例電磁閥和鋼管，在低溫地方有靈活的聚氨酯管，（ iv） 具有電子控制器的電爐，為補(bǔ)償熱擴(kuò)散，需在上部、中部、下部設(shè)置三種不同的溫度，（ v）監(jiān)測(cè)板材和工具熱條件的熱電偶，（ vi） 一個(gè)傳感器用于測(cè)量在脹形試驗(yàn)期試樣的圓頂高度（ vii） 采集 I/O設(shè)備上溫度，壓力，壓邊力數(shù)據(jù)的 PC 機(jī)，可以用來(lái)監(jiān)控和管理。對(duì)于材料特性，脹形試驗(yàn)在一個(gè)直徑為 45mm 的圓筒形模腔中進(jìn)行，板材在其中可以自由擴(kuò)散。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)數(shù)字采集的位置傳感器信號(hào)檢測(cè)試樣的圓拱高度。設(shè)備上的更多 詳情可見(jiàn)參考文獻(xiàn) [8]。 在閉模成形試驗(yàn)中，使用的是具有 14mm 深棱柱空腔的模具。該空腔截面為方形，邊長(zhǎng)為 40mm，兩側(cè)之間的圓角半徑為 5mm。設(shè)備示意圖如圖 1。 圖 1 封閉模具成形試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置 商業(yè) AZ31B 鎂合金板材 在收獲狀態(tài)中已經(jīng)得到測(cè)試。該材料未經(jīng)機(jī)械和熱處理；板材在退火條件下已被壓緊，平均晶粒尺寸為 15177。 3μ m，厚度 。 關(guān)于材料的超塑性特性，拉伸試驗(yàn)通常是在不同的溫度和應(yīng)變速率條件下進(jìn)行，目的是 為了得到材料具有最高斷裂伸長(zhǎng)率的最佳條件。這個(gè)可以通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè) 量斷裂伸長(zhǎng)率和跳應(yīng)變速率實(shí)驗(yàn)測(cè)量應(yīng)變速率敏感性指數(shù) 得到 [9]。一些學(xué)者證明：當(dāng)晶界滑移（ GBS）為主要變形機(jī)制時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變條件對(duì)材料特性影響不大 [10]。其他學(xué)者也證明了單軸拉伸應(yīng)力和應(yīng)變條件不能有效地獲得材料的參數(shù)，因?yàn)槌尚瓦^(guò)程中板材存在這樣一個(gè)現(xiàn)象，與模具相互作用，然后再經(jīng)過(guò)一定的應(yīng)力應(yīng)變條件，結(jié)果完全不同。此外，鎂合金具有晶粒粗大的趨勢(shì)，并且一些例子證明 GBS 不能作為主要的變形機(jī)制 [11]。同時(shí)，在超塑性條件下進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)必須合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置和試樣幾何形狀。一些標(biāo)準(zhǔn)的存在，如 ISO20202 和 ASTM E2448給試驗(yàn)步驟和設(shè)備以很好的指示。在超塑性條件下， 拉伸試驗(yàn)的顯著優(yōu)勢(shì)是在試驗(yàn)過(guò)程中，有可能可以是更加精確的控制應(yīng)變速率，但是另一方面，可以說(shuō)： — 試樣的切割精度必須非常高，因?yàn)榍懈罴夹g(shù)也會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果；機(jī)械切割流程必須優(yōu)先熱切割，因?yàn)楹笳邥?huì)改變靠近切割邊緣材料的顯微結(jié)構(gòu)； — 試樣尺寸和形狀（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度和寬度，平行和夾緊部分的圓角半徑）會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果； — 爐子必須足夠大來(lái)容納變形過(guò)程中的大應(yīng)變 為了克服這些困難和在應(yīng)力條件下更接近真實(shí)過(guò)程的測(cè)試板材，取代單軸拉伸的一些試驗(yàn)已經(jīng)有了提議和報(bào)道；這些中有一個(gè)是基于 BF 技術(shù)來(lái)進(jìn)行脹形試驗(yàn) [1214]。在這項(xiàng)工作中，材料通過(guò)吹塑成型試驗(yàn)表征：使用上述實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在不同的溫度和壓力條件下進(jìn)行恒壓脹形試驗(yàn)。根據(jù)材料特性和設(shè)備能力，試驗(yàn)中，壓力從 到 （分七步），溫度從360℃到 520℃（分四步）。在整個(gè)過(guò)程中，壓力保持恒定直到破裂。 試驗(yàn)中，如果與預(yù)期時(shí)間有 3000s 的出入則被排除在計(jì)劃之外。整個(gè)試驗(yàn)期間，每個(gè)階段的圓拱高度使用之前的位置傳感 器來(lái)測(cè)定。試樣的最終高度也在試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行了測(cè)量。圖 2 顯示了試驗(yàn)試樣，破裂前的高度也繪制在內(nèi)。 圖 2 四種溫度條件下 破裂時(shí)圓拱高度和成形壓力的函數(shù) 具有研究意義的最高溫度和壓力為 520℃和 。盡管使用了惰性氣體來(lái)成形，但成形試樣在經(jīng)過(guò) 2825s 后還是出現(xiàn)了明顯氧化。較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就破裂圓拱高度而言，在 460℃也有出現(xiàn)，尤其是在低壓條件下，相比之前的條件無(wú)明顯氧化。另一個(gè)試驗(yàn)明顯說(shuō)明：降低溫度，成形壓力對(duì)試樣破裂的圓拱高度影響很小。 根據(jù) [15]，試驗(yàn)中的等效應(yīng)變速率值可通過(guò)下面的公式進(jìn)行計(jì)算： 222 hR hh???? ??? （ 1） 其中， h 為圓拱高度， h? 為 h 相對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)（潮高比）， R 是模腔的半徑。例如，在圖3 中，顯示了 460℃和 下的 HT 曲線和應(yīng)變速率的變化。 圖 3 的恒壓下， 460℃脹形試驗(yàn)中頂點(diǎn)處圓拱高度和應(yīng)變率與成形時(shí)間的關(guān)系圖 該圖的初始部分的特征是圓拱高度快速增加相對(duì)于應(yīng)變速率的增加（高于 3x10﹣ 3S﹣ 1） 。該圖的第二部分顯示當(dāng)保持一個(gè)恒定的應(yīng)變速率（約 2x10﹣ 4S﹣ 3） 時(shí)，高度時(shí)間關(guān)系曲線斜率基本不變；結(jié)束部分，高度和應(yīng)變速率再次增長(zhǎng)直到破裂。這個(gè)現(xiàn)象也存在與其他不同溫度，壓力，應(yīng)變速率的試驗(yàn)中。在試驗(yàn)的第二階段，從 到 改變壓力，保持恒定的溫度，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變速率保持在一個(gè)幾乎恒定的值上，從 2x10﹣ 4S﹣ 3升到 4x10﹣ 4S﹣ 3。 圖 4 顯示了 460℃，從 到 個(gè)不同壓力水平下圓拱高度的變化情況?？梢钥闯?，當(dāng)需要相同的圓拱高度時(shí)，成形時(shí)間會(huì)隨壓力水平的提高呈線性減少。類(lèi)似的現(xiàn)象在其他溫度也出現(xiàn)過(guò)?？紤]恒壓水平和分析溫度對(duì)成形行為的影響， 應(yīng)考慮的因素是，在自由膨脹試驗(yàn)中的高度速率相比溫度更加線性的增加，如圖 4b。通過(guò)分析 HT 曲線接近線性的那部分，可以根據(jù)斜率計(jì)算出圓拱高度速率。由圖 4b 可知，溫度由 360℃升到 410℃會(huì)使高度速率由 ，當(dāng)溫度由 460℃升到 520℃時(shí)會(huì)使高度速率由 升到 。試驗(yàn)中，每個(gè) 計(jì)算出的高度速率被認(rèn)為與應(yīng)變速率是成比例的，得出如下結(jié)論 ，應(yīng)變速率的增加隨溫度呈線性關(guān)系。 圖 4 a 圓拱高度在 460℃和六個(gè)不同壓力下與成形時(shí)間的關(guān)系圖 b 圓拱高度在 和四個(gè)不同溫度下與成形時(shí)間的關(guān)系圖 在熱成形過(guò)程中一個(gè)最重要的參數(shù)就是應(yīng)變速率敏感性指數(shù)， m，它可以通過(guò)不同應(yīng)變速率下的拉伸試驗(yàn)很容易計(jì)算出來(lái)。在氣脹成形領(lǐng)域， Jovane 和其他學(xué)者如 Enikeev 和Kruglov[16,17]提出了評(píng)估脹形試驗(yàn)本構(gòu)參數(shù)的分析方法。例如， 測(cè)量 兩個(gè)不同壓力條件下脹形試驗(yàn)后的高度，應(yīng)變敏感性指數(shù)可通過(guò)如下公式得到： m= （ 2） 其中，下標(biāo) 2 分別表示 第一組、第二組壓力水平， p 為壓力值， t 為需要得到與凹模圓角半徑相等的圓拱高度所需的成形時(shí)間。如之前提到的， 鎂合金在高溫下的吹塑成型受到微觀結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)影響 m 值。因此，通過(guò)（ 2）式計(jì)算出的 m 值是一個(gè)平均值，但它可以被認(rèn)為是分析壓力如何影響成形性能的良好的開(kāi)端參數(shù)。 m的最高值出現(xiàn)在最高溫度（ 460℃和 520℃），最低壓力（ ），最高壓力（ ）。確認(rèn)指數(shù)的重要性，破裂的最高圓拱高度對(duì)應(yīng)最大的 m 值，通過(guò)計(jì)算不同試驗(yàn)溫度和相同壓力條件下的 m 的平均值 ，可以看到在 460℃，該合金表現(xiàn)出更大的 m的平均值，如圖 5 所示。采用高的成形溫度會(huì)導(dǎo)致晶粒變粗變大；此外板材的氧化，成形過(guò)程中溫度的降低，會(huì)帶來(lái)更好的最終制件 [18]。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和這些因素，在那些被檢測(cè)的結(jié)果中，這種鎂合金的最佳成形溫度為 460℃，在這個(gè)溫度可以實(shí)現(xiàn)等效斷裂伸長(zhǎng)率和 后成形材料的良好折中。 圖 5 應(yīng)變速率敏感性指數(shù)與成形溫度的函數(shù)曲線 為了分析封閉模腔的填充， 2k 多因子實(shí)驗(yàn)方案應(yīng)用而生。這兩個(gè)因素分兩個(gè)層面，壓力為 和 ，成形時(shí)間為 500S 和 1000S。另外，為了得出在模腔填充（正比于填充在封閉模腔中板材的體積）和 檢測(cè)的因素中是否存在非線性，補(bǔ)充了一個(gè)中心點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)方案如圖 6a，各自具有成形壓力和時(shí)間。增加了兩點(diǎn)是在單一的壓力條件下（ ），成形時(shí)間為 50S 和 2020S 的兩點(diǎn)也被加入。在吹塑成型之后，用數(shù)字圖像相關(guān)系統(tǒng)采集 變形的輪廓來(lái)得到板材的形狀，并 且很容易測(cè)量該組件的主要幾何參數(shù)，來(lái)量化填充模具的板材。 圖 6 閉模成形試驗(yàn) a 有一個(gè)中心點(diǎn)，兩組成形壓力水平和兩組成形時(shí)間 b 在已檢驗(yàn)的壓力水平下，成形后沿方形板材方向的圓角半徑和成形時(shí)間的函數(shù)曲線 為了定量填充，進(jìn)行了 3 個(gè)幾何參數(shù)的測(cè)量：（ i）板材和閉模底部的接觸面積，（ ii）沿著中間軸線所成形的的板材的圓角半徑，（ iii）沿對(duì)角線的平方部分所成形的板材的圓角半徑。 比較二者可以看出，后者的值要大于前者。 這兩個(gè)參數(shù)之間的差異隨著成形時(shí)間的減少而減?。? 后差異為 11%， 2020S 后掉到 4%。 盡管該材料達(dá)不到超塑性成形的目的，閉模試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)了其在高溫條件下具有很高的延展性：在 的恒壓條件下，經(jīng)過(guò) 2020S，板材在不破裂的情況下達(dá)到了最小的圓角半徑約為 （沿中軸方向）。盡管成形時(shí)間對(duì)于傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)并無(wú)太高成本效益，但對(duì)獲得形狀復(fù)雜的材料和成形過(guò)程來(lái)說(shuō)是很有啟發(fā)的。所有已分析的幾何參數(shù)證明， 充模和溫度、壓力這兩個(gè)因素之間為非線性關(guān)系：觀測(cè)試驗(yàn)可以看出， 條件下， 50S 到 500S過(guò)程中形成的圓角半徑要比 500S 到 2020S 過(guò)程的大很多（如圖 6b 所示）。中心點(diǎn)的結(jié)果表示充模和成形壓力之間為非線性關(guān)系：相比 條件下獲得的結(jié)果，比 條件下的，它更接近于 條件下所獲得的結(jié)果。類(lèi)似的結(jié)果也在自由脹形