CN109161759B - 一种提高镁合金板材冲压性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高镁合金板材冲压性能的方法，包括以下步骤:将镁合金板材沿板材厚度方向进行变形；将变形后的所述镁合金板材在150℃‑200℃下保温4‑10小时；将所述镁合金板材沿板材宽度方向进行变形；将再次变形后的所述镁合金板材在300℃‑450℃下保温0.5‑2小时，然后进行水冷。通过两次不同方向的变形，诱发产生不同梯度应变，结合镁合金动态再结晶行为来调控镁合金在变形时晶粒择优取向，使晶粒发生不同方向偏转，偏离基面结构，减少临界剪切应力，使镁合金板材在厚度方向上更容易变形，从而可以提高镁合金的冲压性能。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金板材加工技术领域，具体涉及一种提高镁合金板材冲压性能的方法。
背景技术
镁合金是目前最轻的工程金属材料。镁的密度为1.738g/cm3，约为铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4，同时镁合金还具有强度高、刚度高，阻尼减振性好，电磁屏蔽和导热性能强，易切削加工和易于回收等一系列独特的优点，因此，镁合金被誉为“21世纪绿色工程材料”。进入21世纪，国际大环境对于结构件(如航空航天、汽车、3C产品等结构件)轻量化和节能、减排的要求日益强烈。
在国防军事领域，飞行器自身的特点和工作环境的特殊要求凸显出轻质镁合金不可替代的优点，降低重量能够提高飞行器的机动性能，还可以降低航天器(火箭、飞航等)的发射成本。另外，降低重量意味着可以提高武器的射程和命中精度。在民用方面，随着人类社会的进步，对生存环境保护的要求进一步提高。例如，对现代汽车减重、节能、降耗的要求不断提高，轻量化成为汽车选材的重要目标，镁合金成为汽车工业材料设计中的理想新材料。此外、镁合金也可以替代工程塑料，满足3C(计算机、通信、消费类电子)产品轻、薄、小型化，高集成度以及环保方面的要求。因此，在资源、高科技、环境成为人类可持续发展的首要前提下，镁及镁合金作为一种对保持社会可持续发展具有重要战略意义的新材料，在全球掀起了新的开发应用热潮。
镁合金板材广泛应用于携带式的器械和汽车行业中，达到轻量化的目的。但是，传统镁合金板材的冲压性能较差，限制了镁合金板材的应用。
发明内容
基于此，有必要针对传统镁合金板材的冲压性能较差的问题，提供一种提高镁合金板材冲压性能的方法。
一种提高镁合金板材冲压性能的方法，包括以下步骤：
将镁合金板材沿板材厚度方向进行变形，变形量为10％-30％，变形温度为150℃-350℃，变形速度为10-3mm/s-10mm/s；
将变形后的所述镁合金板材在150℃-200℃下保温4-10小时，以将所述镁合金板材退火去应力；
将所述镁合金板材沿板材宽度方向进行变形，变形量为5％-35％，变形温度为150℃-350℃，变形速度为10-3mm/s-10mm/s；及
将再次变形后的所述镁合金板材在300℃-450℃下保温0.5-2小时，然后将所述镁合金板材进行水冷。
在其中一个实施例中，所述镁合金各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。
在其中一个实施例中，所述镁合金为AZ31镁合金。
在其中一个实施例中，将所述镁合金板材沿板材厚度方向进行轧制，变形量为10％，变形温度为200℃，变形速度为1mm/s；
将变形后的所述镁合金板材在180℃下保温8小时，以将所述镁合金板材退火去应力；
将所述镁合金板材沿板材宽度方向在150℃下进行预压缩变形，变形量为5％，变形速度为10-2mm/s；及
将再次变形后的所述镁合金板材在330℃下保温0.5小时，然后将所述镁合金板材进行水冷。
在其中一个实施例中，所述镁合金板材的宽度为50mm，厚度为1.2mm。
在其中一个实施例中，将所述镁合金板材沿板材厚度方向在200℃下进行预压缩变形，变形量为20％，变形速度为5mm/s；
将变形后的所述镁合金板材在200℃下保温6小时，以将所述镁合金板材退火去应力；
将所述镁合金板材沿板材宽度方向轧制压缩变形，变形量为10％，变形温度为200℃，变形速度为0.1mm/s；及
将再次变形后的所述镁合金板材在360℃下保温1小时，然后将所述镁合金板材进行水冷。
在其中一个实施例中，所述镁合金板材的宽度为50mm，厚度为2mm。
上述提高镁合金板材冲压性能的方法，通过两次不同方向的变形，诱发产生不同梯度应变，结合镁合金动态再结晶行为来调控镁合金在变形时晶粒择优取向，使晶粒发生不同方向偏转，偏离基面结构，增大施密特因子，减少临界剪切应力，使镁合金板材在厚度方向上更容易变形，从而可以提高镁合金的冲压性能，提高了镁合金的应用范围，对于军用和民用均有较大的发展。
附图说明
图1为一实施方式中提高镁合金板材冲压性能方法的流程图；
图2为一实施方式中镁合金板材的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1及图2，一实施方式中提高镁合金板材冲压性能的方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤S110：将镁合金板材10沿板材厚度方向进行变形，变形量为10％-30％，变形温度为150℃-350℃，变形速度为10-3mm/s-10mm/s。
具体地，镁合金选择AZ31镁合金，AZ31镁合金主要应用于3C产品外壳和车辆外壳等。镁合金的各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。
其中，镁合金板材10的厚度方向也就是垂直于板面的方向，如图示中Z轴方向。将镁合金板材10沿板材厚度方向变形，可以使镁合金板材10晶粒取向发生一定的偏转或者集中。变形量在10％-30％可以使板材发生大幅度变形，晶粒出现更多的取向，结合变形温度，使其发生动态再结晶。变形温度在150℃-350℃，使板材主要发生动态再结晶。变形速度为10-3mm/s-10mm/s，变形速度有低速和高速，可以实现不同程度的变形。
步骤S120：将变形后的镁合金板材10在150℃-200℃下保温4-10小时，以将镁合金板材10退火去应力。
具体地，将变形后的镁合金板材10退火后，可以使化学成分均匀化，去除内部残余应力，细化晶粒和调整组织。
步骤S130：将镁合金板材10沿板材宽度方向进行变形，变形量为5％-35％，变形温度为150℃-350℃，变形速度为10-3mm/s-10mm/s。
具体地，板材的宽度方向，也就是同时垂直板材长度和厚度的方向，即图示中Y轴方向。将镁合金板材10沿宽度方向变形，可以使镁合金板材10晶粒取向发生一定的偏转或者集中，晶粒通过两次不同方向的变形，可以使晶粒发生不同取向，最终实现组织结构弱化。同理，变形量在5％-35％可以使板材发生大幅度变形，晶粒出现更多的取向，结合变形温度，使其发生动态再结晶。变形温度在150℃-350℃，使板材主要发生动态再结晶。变形速度为10-3mm/s-10mm/s，变形速度有低速和高速，可以实现不同程度的变形。
步骤S140：将再次变形后的镁合金板材10在300℃-450℃下保温0.5-2小时，然后将镁合金板材10进行水冷。
具体地，将变形后的镁合金板材10加热保温一段时间，然后立即快速水冷，使镁合金板材10内部组织均匀化。通过以上变形，使晶粒发生不同方向偏转，偏离基面结构，增大施密特因子，减少临界剪切应力，使镁合金板材10在厚度方向上更容易变形，从而可以提高镁合金的冲压性能。以下通过试验具体论证说明。
实验一
材料：选取AZ31镁合金挤压成镁合金板材10，板材的宽度为50mm，厚度为1.2mm，该镁合金的各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。
加工方法：
(1)将镁合金板材10沿板材厚度方向进行轧制，即是将镁合金板材10沿X轴方向进行轧制，变形量为10％，变形温度为200℃，变形速度为1mm/s。
(2)热处理：将变形后的镁合金板材10在180℃下保温8小时，以将镁合金板材10退火去应力。
(3)将镁合金板材10沿板材宽度方向，即是垂直于板材厚度的Y轴方向，在150℃下进行预压缩变形，变形量为5％，变形速度为10-2mm/s。
(4)组织均匀化：将再次变形后的镁合金板材10在330℃下保温0.5小时，立即水冷。
实验结果：
| 试样 | 杯突值 | 塑性应变比(r值) |
| 原始试样 | 2.9 | 1.62 |
| 变形后试样 | 7.8 | 0.97 |
由上表可知，变形后的试样与原始试样相比，杯突值明显增大，塑性应变比明显减小，说明变形后试样的冲压性能明显提高。
实验二
材料：选取AZ31镁合金轧制成镁合金板材10，板材的宽度为50mm，厚度为2mm，该镁合金的各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。
加工方法：
(1)将镁合金板材10沿板材厚度方向在200℃下进行预压缩变形，变形量为20％，变形速度为5mm/s。其中，板材的厚度方向垂直板面的Z轴方向。
(2)热处理：将变形后的镁合金板材10在200℃下保温6小时，以将镁合金板材10退火去应力。
(3)将镁合金板材10沿板材宽度方向轧制压缩变形，变形量为10％，变形温度为200℃，变形速度为0.1mm/s。其中，板材宽度方向即是Y轴方向。
(4)组织均匀化：将再次变形后的镁合金板材10在360℃下保温1小时，然后将镁合金板材10立即水冷。
实验结果：
| 试样 | 杯突值 | 塑性应变比(r值) |
| 原始试样 | 2.9 | 1.62 |
| 变形后试样 | 8.3 | 0.98 |
由上表可知，变形后的试样与原始试样相比，杯突值明显增大，塑性应变比明显减小，说明变形后试样的冲压性能明显提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将镁合金板材沿板材厚度方向进行变形，变形量为10％-30％，变形温度为150℃-350℃，变形速度为10-3mm/s-10mm/s；
将变形后的所述镁合金板材在150℃-200℃下保温4-10小时，以将所述镁合金板材退火去应力；
将所述镁合金板材沿板材宽度方向进行变形，变形量为5％-35％，变形温度为150℃-350℃，变形速度为10-3mm/s-10mm/s；及
将再次变形后的所述镁合金板材在300℃-450℃下保温0.5-2小时，然后将所述镁合金板材进行水冷。
2.根据权利要求1所述的提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，所述镁合金各组分质量百分比为：Al-3％、Zn-1％、Mn-0.3％、Mg-95.7％。
3.根据权利要求1所述的提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，所述镁合金为AZ31镁合金。
4.根据权利要求1所述的提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，
将所述镁合金板材沿板材厚度方向进行轧制，变形量为10％，变形温度为200℃，变形速度为1mm/s；
将变形后的所述镁合金板材在180℃下保温8小时，以将所述镁合金板材退火去应力；
将所述镁合金板材沿板材宽度方向在150℃下进行预压缩变形，变形量为5％，变形速度为10-2mm/s；及
将再次变形后的所述镁合金板材在330℃下保温0.5小时，然后将所述镁合金板材进行水冷。
5.根据权利要求4所述的提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，所述镁合金板材的宽度为50mm，厚度为1.2mm。
6.根据权利要求1所述的提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，
将所述镁合金板材沿板材厚度方向在200℃下进行预压缩变形，变形量为20％，变形速度为5mm/s；
将变形后的所述镁合金板材在200℃下保温6小时，以将所述镁合金板材退火去应力；
将所述镁合金板材沿板材宽度方向轧制压缩变形，变形量为10％，变形温度为200℃，变形速度为0.1mm/s；及
将再次变形后的所述镁合金板材在360℃下保温1小时，然后将所述镁合金板材进行水冷。
7.根据权利要求6所述的提高镁合金板材冲压性能的方法，其特征在于，所述镁合金板材的宽度为50mm，厚度为2mm。
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