【正文】 板料 塑性 成形 能力 的影響 ，從而找到鎂合金的最佳成形條件。 孿生變形 孿生變形 作為一種附加的調(diào)節(jié)機理 ，也是鎂合金的塑性變形的一種重要機制 。在鎂合 金發(fā)生塑性變形時，由于滑移系較少，因此孿生變形起著很重要的作用。孿生切變量遠小于滑移變形量，其作用是改善應力集中和調(diào)整晶體的內(nèi)部取向，使滑移進一步進行，同時孿生和滑移交替進行，獲得更大的塑性變形量。 常見的鎂合金塑性加工工藝 1） 擠壓工藝 [33] 采用 擠壓工藝 的材料的 變形過程在近似封閉的模具內(nèi)材料發(fā)生塑性變形，整個過程材料承受極大的壓力，能夠消除 鎂合金鑄錠中 的 縮孔縮松 、 提高材料的成形性能，從而使材料在二次變形時能夠承受更大的塑性變形量，改善材料的綜合力學性能。在成形過程中模具的預熱溫度、鑄錠的溫度、潤滑條件、擠壓速度、擠壓比等對鎂合金制品的內(nèi)部組織、性能有很大的影響。 擠壓成形的鎂合金制品尺寸精度高、表面質(zhì)量好、晶粒粒度小、塑性變形性能好，同時擠壓成形工藝靈活、操作方便。同時擠壓成形時，材料受到的擠壓壓力大、加快模具的磨損、制品各向異性顯著。但由于鎂合金在常溫下塑性變形能力差，擠壓成形工藝 是 較好的塑性加工方法，可生產(chǎn)出不同型號的鎂合金棒 材 、管 材 、板 材 和型材。 2） 軋制工藝 大部分鎂合金板材通過擠壓后再軋制成薄板，只有少數(shù) 幾種 鎂合金 可 直接軋制鑄錠成薄板，如 MgMn、 MgZnZr 合金。影響鎂合金軋制板材質(zhì)量的成形參數(shù)有壓下量、軋制溫度、軋制速度、輥型等。其中壓下量、軋制溫度、軋制速度三者之間相互影響、相互制約。鋼、鋁等材料的壓下量較大，而鎂合金的塑性較差，每次壓下量應控制在一定得范圍內(nèi)，若變形量較大，軋制應分幾步完成。軋制溫度較高，晶粒容易長大 ； 溫度較低，板材容易發(fā)生應力集中。軋制后板材的各向異性也不利于板材后續(xù)成形。為了得到性能良好的軋制板材，應 嚴格控制各個成山東大學碩士學位論文 9 性參數(shù)。 3） 沖壓工藝 沖壓工藝是利用模具和沖壓設備加工金屬板材，獲得指定形狀和尺寸零件的塑性成形方法。沖壓工序分為分離工序和變形工序，分離工序如沖孔、落料、切邊等，變形工序如彎曲、拉深、壓印、彎曲、脹形等。 在 脹形 工藝中 ， 參與變形的 板料 隨著成形板料逐漸 變薄。 4） 等經(jīng)角擠壓與等經(jīng)角軋制工藝 近年來，對鎂合金的研究結果表明，鎂合金在常溫下滑移系很少，塑性變形能力差，高溫下的塑性變形能力可得到進一步的改善。影響沖壓成形性能的力學性能參數(shù)有屈強比、加工硬化指數(shù)、塑性應變比、應變敏感性指數(shù)。板材自身的合金成分、晶粒尺寸、相組成、織構類型以及板材的塑性加工方法、熱處理等又會影響這些力學性能參數(shù)。為提高鎂 合金 的塑性成形性能，降低鎂合金板料各向異性程度，可以從兩方面考慮 ： 首先制備細晶組織，其次有效 地控制亂晶和織構的類型。 常規(guī)的擠壓和軋制工藝不能滿足 上述兩個方面，因此提出等經(jīng)角擠壓工藝和等經(jīng)角軋制工藝 [3335]。 ⅰ 等經(jīng)角擠壓工藝（ Equal Channel Angular Extrusion） 等經(jīng)角擠壓工藝屬于 大 剪切變形技術，它 的基本原理如圖 11 所示，通過兩個相互垂直 、 軸線相交 、 截面尺寸相等的通道，將 材料擠出。 圖 11 等徑角擠壓示意圖 變性材料在通過轉(zhuǎn)角時，發(fā)生較大的剪切 變形 ，并在這大的剪切應變的作用下，晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動，晶粒取向產(chǎn)生變化，同時由于位錯重排、剪切變形的交互作用達到細化晶粒的目 的 [3637]。塑性變形初期是多滑移系同時進行，位錯纏結雜亂，達到一定變形量，胞狀結構形成。繼續(xù)加大變形，位錯胞尺寸變小，數(shù)量增多，位錯集中在胞壁上。當位錯胞的直徑到達一定程度時就不再隨變形量的增加而減第一章 緒論 10 小。隨著等經(jīng)角擠壓的繼續(xù)進行，大變形使位錯胞能量升高，引起位錯交滑移，動態(tài)回復發(fā)生。繼續(xù)變形，胞壁位錯交錯變成二維界面，形成大角度或小角度晶界，從而細化晶粒。如果在擠壓的過程中材料的晶粒細化到一定程度且很好的控制材料的晶界結構，經(jīng)等經(jīng)角擠壓的鎂合金獲得低溫超塑性 [38]。同時隨著變形量的增加，鎂合金板料的微 觀組織均勻且使織構隨機分布。 ⅱ 等經(jīng)角軋制工藝（ Equal Channel Angular Rolling） 從實際工業(yè)應用情況 來 看，由于等經(jīng)角擠壓 受到 工藝設備結構等限制，傳統(tǒng)的等經(jīng)角擠壓工藝雖可以批量生產(chǎn)，卻不能 制備大尺寸的板材，也不能連續(xù)生產(chǎn)。結合等經(jīng)角擠壓 工藝、軋擠法、 Conform 擠壓法的優(yōu)缺點，不僅可以細化鎂合金板料晶粒 ， 同時能夠連續(xù)生產(chǎn)，制備尺寸較大的鎂合金板材， 提出 等經(jīng)角軋制工藝。 等經(jīng)角軋制工藝是一種連續(xù)剪切變形工藝，采用線速度相同的軋輥，軋輥由幾個小軋輥（衛(wèi)星輥）和一個大軋輥（中心輥）組成 [39]。由軋輥帶動板料連續(xù)通過模具，從而實現(xiàn)板料的連續(xù)剪切變形。多道次軋制可以使板料產(chǎn)生很大的塑性變形。等經(jīng)角軋制不僅能連續(xù)生產(chǎn)板料，同時具備等經(jīng)角擠壓工藝所具備的優(yōu)點。等經(jīng)角軋制工藝能有效 地 降低能源消耗，主要是因為軋制模具所需要的擠壓力由軋制過程產(chǎn)生的摩擦力提供。 應 嚴格控制軋制模具的的主要結構參數(shù) ： 如兩通道的 夾角、通道間隙 、 通道外角 和模角 等 。 等經(jīng)角軋制工藝能夠有效 地 細化晶粒 、 改變晶粒取向 、并能 有效 地 提高板材的沖壓成形性能。 金相顯微鏡 金相顯微鏡主要用于鑒定和分析金屬內(nèi)部結構組織，它是金屬學研 究金相的重要儀器，是工業(yè)部門鑒定產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵設備 。 該儀器配用攝像裝置，可攝取金相圖譜，并 具有 對圖譜進行測量分析，對圖 像 進行編輯、輸出、存儲、管理等功能。金相顯微鏡 是一種 結合 了 光學顯微鏡、光電轉(zhuǎn)換、計算機圖像處理 等技術，在 計算機上 清晰顯示 金相圖像， 并 通過觀察計算機圖像、 分析金相圖譜 、 評級等 ，從而 輸出、打印 圖像的高科技產(chǎn)品 。合金成分、 材料的 熱處理、冷熱加工 能影響 鎂合金 材料的內(nèi)部 晶體 組織、 內(nèi)部 結構， 并能 改變鎂合金構件山東大學碩士學位論文 11 的機械 、力學 性能。 對鎂合金 金屬內(nèi)部的組織結構 的 觀察 、 檢驗 、 分析 ，可以利用 金相顯微鏡 來完成 [40]。 光學、照明、機械 等系統(tǒng)和 附件裝置 是構成 金相顯微鏡主要 部分 。根據(jù)金屬樣品表面上不同組織組成物的光反射特征，用顯微鏡在可見光范圍內(nèi)對這些組織組成物進行光學研究并定性和定量描述。它可顯示 500～ 尺度內(nèi)的金屬組織特征。 1841 年，俄國人 （ Nikolai Anosov） 使 用 放大鏡研究大馬士革鋼劍上的花紋。 1863 年 ， 英國人 ()把試樣的制備（切割、磨拋）、拋光和腐刻等 巖相學 技術 應用于 鋼鐵 的 研究， 產(chǎn)生了 金相技術，后來還拍出一批低放大倍數(shù)的和其他組織的金相照片。 Sorby 和他的同代人德國人 ()及法國人 (F. Osmond)的科學實踐， 使 現(xiàn)代光學金相顯微術 得以進一步發(fā)展 [41]。至20 世紀初，光學金相顯微術日臻完善，并普遍推廣使用于金屬和合金的微觀分析，迄今仍然是金屬學領域中的一項基本技術。 金相顯微鏡是用可見光作為照明源的一種顯微鏡。分立式和臥式 ， ,它們都包括光學放大、照明和機械三個系統(tǒng)。放大系統(tǒng)是影響顯微鏡用途和質(zhì)量的關鍵 ， 是由 物鏡 與 目鏡組成 [42]。顯微鏡的放大率為： M 顯 =L/f 物 250/f 目 =M顯 M 目 （ 11） 式中 ， M 顯 —— 表示顯微鏡放大率； M 物 —— 物鏡的放大 倍數(shù) ； M 目 —— 目鏡的放大 倍數(shù) ； f 物 —— 物鏡的焦距； f 目 —— 目鏡的焦距； L—— 光學鏡筒長度； 250—— 為明視距離。長度單位皆為 mm。 透鏡的分辨率和象差缺陷的校正程度是衡量顯微鏡質(zhì)量的重要標志。在金相技術中分辨率指的是物鏡對目的物的最小分辨距離。由于光的衍射現(xiàn)象，物鏡的最小分辨距離是有限的。德國人阿貝 (Abb)對最小分辨距離提出了以下公 ： d=λ/2nsinφ （ 12） 式中 ， ? 為光源波長； n 為樣品和物鏡間介質(zhì)的折射系數(shù)（空氣 ： n=1；松節(jié)油 n=）； 第一章 緒論 12 ? 為物鏡的孔徑角之半。 從上式可知，分辨率隨著 波長 和 折射系數(shù) 的增加而提高。由于可見光的波長 ? 在 4000～ 7000nm 之間。在 ? 角接近于 90176。 的最有利的情況下，分辨距離也不會比 m? 更高。因此，小于 m? 的顯微組織，必須借助于電子顯微鏡來觀察 ， 而尺度介于 m? ～ 500 m? 之間的組織形貌、分布、晶粒度的變化，以及滑移帶的厚度和間隔等，都可以用光學顯微鏡觀察。這對于分析合金性能、了解冶金過程、進行冶金產(chǎn)品質(zhì)量控制及零部件失效分析等，都有重要作用。 象差的校正程度，也是影響成 像 質(zhì)量的重要因素。在低倍情況下，象差主要通過物鏡進行校正 ； 在高倍情況下，則需要目鏡和物 鏡配合校正。透鏡的象差主要有七種，其中單色光 有 球面象差、彗星象差、象散性、象場彎曲和畸變五種 。復色光有縱向色差和橫向色差兩種。早期的顯微鏡著眼于色差和部分球面象差的校正，根據(jù)校正的程度而有消色差和復消色差物鏡。近期的金相顯微鏡，對象場彎曲和畸變等象差也給予了足 夠的重視。物鏡和目鏡經(jīng)過這些象差校正后，不僅圖 像 清晰，并可在較大的范圍內(nèi)保持其平面性，這對金相顯微照相尤為重要。因 此 現(xiàn)已廣泛采用平場消色差物鏡、平場復消色差物鏡以及廣視場目鏡等。上述象差校正程度，都分別以鏡頭類型的形式標志在物鏡和目鏡上。 金相顯微鏡與 生物顯微鏡不同，不是 采 用透射光 ， 而是采用反射光成像 ，因而必須有一套特殊的附加照明系統(tǒng)， 即 垂直照明裝置。 1872 年 荷蘭()研究出 這種裝置 ， 并制成了第一臺金相顯微鏡。原始的金相顯微鏡只有明場照明，以后發(fā)展用斜光照明以提高某些組織的襯度。 金相顯微鏡的維護 [43]： （ 1） 熟 知并 掌握 顯微鏡的使用方法， 嚴格 按照產(chǎn)品的使用說明書 使用 顯微鏡 。 （ 2） 移動 顯微鏡時 動作要輕，必須 雙手配合， 一手握住彎臂， 并用手 托住底座。 不能傾斜 顯微鏡， 否則 目鏡 會 從鏡筒上端 移出 。 （ 3） 觀察 顯微鏡上的物體 時， 不能因觀察便利 移 動顯微鏡的位置。 （ 4） 不能用手觸摸 顯微鏡 上所有的 光學部分， 擦拭 時 只能用 專用的 擦鏡山東大學碩士學位論文 13 頭紙。 （ 5） 避免在潮濕的環(huán)境下使用 顯微鏡 ，并保持 清潔。 （ 6） 使用轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化器 轉(zhuǎn)換物鏡鏡頭， 而 不 輕易 搬動。 （ 7） 謹慎使用 調(diào)焦手輪。 旋轉(zhuǎn) 微調(diào)焦 距 旋鈕時， 動作 要輕 且 慢，轉(zhuǎn)不動時 切勿 硬轉(zhuǎn)。 （ 8） 在非必須的情況 不拆卸顯微鏡上的零件， 特別是 物鏡鏡頭 。 若 轉(zhuǎn)換器螺口 發(fā)生損傷或 松動后 ， 轉(zhuǎn)換 高倍物鏡時 將對焦距的交接造成困難 。 （ 9） 當顯微鏡換上 高倍物鏡時， 不用 粗動調(diào)焦 距 手輪調(diào)節(jié)焦距， 否則會使物鏡與玻片因過大的 移動距離 而發(fā)生 損傷。 （ 10） 完成對 金相顯微鏡 的 使用后， 擦干物鏡鏡頭和載物臺上的的水和試劑，并 鋪上防塵布。 鎂合金 AZ31B 板料成形性能研究進展 [44]等人研究溫度對鎂合金 AZ31 板料拉深性能的影響，得出隨著溫度的升高，鎂合金 AZ31 板料的拉深成 形 性能逐步提高。 Sebastian W [45]等人經(jīng)過研究得出結論，低溫下，鎂合金 AZ31 板料的成形性能較差，但成形出的淺拉深件表面質(zhì)量較好，板料的抗拉強度隨著溫度的升高而降低，塑性卻 隨著溫度的升高而 提高。 Chen Fuhkuo[46]等人研究表明在 200℃ 時，鎂合 金板料的成形性能最好，同時 高溫度會對鎂合金制件產(chǎn)生其他不利的影響。 . [47] 等人通過研究發(fā)現(xiàn)，在一定得應變速率下，鎂合金板料的流變應力隨溫度升高而下降，延展性隨溫度升高而變好。 Jager. S[48]用拉伸 實驗 和氣脹成形 實驗 研究變形速率對鎂合金 AZ31 板料的成形的影響，得出在 235℃時，應變速率對變形有強烈的影響。在 300℃ 以上，應變速率的影響就微乎其微 。 張凱鋒 [49]等人研究肥皂、硅油和石墨的潤滑效果，表明拉深成形時，肥皂潤滑的效果最好。盧志文 [50]等人對研究手機外殼溫成形時， 提出二硫化鉬在高溫下潤滑效果極佳。李彩霞 [51]采用有限元分析軟件分析工件與模具接觸的不同部位其摩擦應不同對待。 第一章 緒論 14 課題的 提出 本論文提出采用極限拱頂高度實驗對熱軋鎂合金板料進行脹形成形。極限拱頂高度實驗類似于雙向拉伸實驗，與實際生產(chǎn)中拉深成形時板料的受力狀態(tài)類似。金屬塑性成形與各種成形參數(shù)有密切的關系 ， 其中成形溫度對鎂合金板料的成形性能有顯著的影響。在工業(yè)生產(chǎn)中，成形速度影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本等。塑性成形中，模具與工件之間的摩擦影響工件的成形及表面質(zhì)量。因此本論文研究成形溫度、成形速度、 板料厚度 、 模具與工件之間的摩擦對鎂合金 AZ31B 板料成形性能的影響，從而提出鎂合金板料成形的最佳生產(chǎn)條件。 另外， 本論文提出