机械设备外壳冲压成型镁合金组织与性能研究

2018-06-27刘炳承

世界有色金属 2018年7期

刘炳承

（南昌职业学院，江西南昌 330500）

现今，金属板材已经被广泛地应用到多个行业中，如工业制造业、汽车行业、电器行业等诸多行业。多数机械设备的外壳都采用了镁合金板材，虽然镁合金散热性能较好、价格较低，但是硬度较高、弹性模量大、可塑性较差等问题仍然有碍于镁合金材料的发展与使用。通过运用冲压成型技术，镁合金材料的组织与性能将会发生变化，进而使得金属材料的硬度降低、可塑性增加，便于镁合金材料在工业制造业的应用。本文通过分析机械设备冲压成型的镁合金外壳组织与性能的特点，进而探讨了冲压成型镁合金材料的优势，从而完成本文的研究。

1 机械设备外壳冲压成型镁合金组织研究

冲压形成的机械设备镁合金外壳主要是指通过交叉轧制作工艺对镁合金进行退火处理，使得镁合金的内部组织发生变化，进而提高镁合金的塑性能力[1]。在冲压成型的过程中，镁合金的内部组织会相继进入两个变化阶段，首先是内部组织的回复阶段，随后是内部组织的再结晶阶段，在经过这两个阶段后，镁合金的应力基本消除，镁合金内部将产生大量的在各方向上尺寸相差较小的晶粒，从而使得机械设备的镁合金外壳可塑性增强、质量增加。

本文以机械设备的AZ31镁合金外壳为例，首先分析其组织结构。在AZ31镁合金外壳内有3种不同类型的晶粒组织，分别为粗大的晶粒、细小的动态晶粒以及呈镜面对称关系的晶粒。

在采用交叉扎工艺进行冲压处理时，镁合金材料要经过退火处理，在温度为300℃时，镁合金材料的组织随着保温时间的变化而产生相应的变化。当保温时间为30分钟时，镁合金材料呈成镜面对称关系的晶粒数量逐渐减少，并且随着保温时间的不断延长，该类晶粒的数量也会不断下降，当保温时间达到1小时时，镁合金材料内的该类晶粒基本消失，当保温时间达到1.5小时时，该类晶粒完全消失。在退火处理的过程中，镁合金材料以呈镜面对称关系的晶粒为变形的基本点，该类晶粒的相交处会产生大量的新晶粒，使得该类晶粒的组织发生变化，随着组织中新晶粒的不断增加与扩大，最终组织内的新晶粒将产生接触，进而导致呈镜面对称关系的晶粒慢慢变化成圆形。

在温度为300℃、保温时间为40分钟的状态下，镁合金材料内部的晶界发生变形，内部已有的部分晶粒会产生位移，致使晶界向上凸起。随着镁合金材料的应力不再平衡、材料内部产生凸起与位移现象等情况的产生，镁合金材料的组织将会出现再结晶的现象，粗大的晶粒之间将会产生交界，并且在新产生的交界处会形成一些新的晶粒。

在退火处理的前期阶段，镁合金材料的组织是由3种晶粒构成：粗大的晶粒、细小的动态晶粒以及呈镜面对称关系的晶粒，这三种晶粒的大小千差万别，粗大的晶粒为25μm、呈镜面对称关系的晶粒为10μm、细小的晶粒为2μm，此时，镁合金材料组织的性能较差、镁合金材料的质量并不理想。

在温度为300℃、保温时间为150分钟的退火处理中后期阶段，镁合金材料的组织结束了再结晶的阶段，此时，组织内的各类晶粒形状发生变化，形成了多边形的晶粒；各类晶粒的大小达到一个平均值，进而使得镁合金材料的组织性能变强，镁合金材料的质量也有所改善。随着保温时间的不断延长，镁合金材料组织内的各类晶粒会一直扩大，最终镁合金材料内部将会产生大量的在各个方向上大小几乎一致的晶粒，从而提高金属材料的可塑性及其质量。镁合金材料组织的晶粒变化如图1所示。

图1 300℃下晶粒尺寸变化图

2 机械设备外壳冲压成型镁合金性能研究

为了完成镁合金材料的冲压处理工作，需要对镁合金材料进行退热处理，在进行了退热处理后，镁合金材料的性能将发生变化，随着性能的变化，镁合金的可塑性将不断增强，质量也将不断增加。

2.1 拉伸性能

在研究冲压成型镁合金材料的拉伸性能时，使用交叉扎制作工艺将镁合金材料沿着三个不同的方向进行拉伸，进而综合地判断镁合金材料的拉伸性能，三个拉伸方向依次为0度、45度和90度。在0度、45度、90度这三个不同方向进行拉伸时，镁合金材料会出现不同的断裂情况。0度时，镁合金材料进入预备断裂状态的时间较短，容易产生断裂情况；45度时，镁合金材料进入预备断裂状态的时间稍有延长，相对比较容易产生断裂情况；90度时，镁合金材料进入预备断裂状态的时间较长，不易产生断裂情况。当拉伸方向为0度时，镁合金材料在断裂情况下的应力值达到最高值，由此可见，在0度时，镁合金材料的可塑性处于最佳状态，镁合金的硬度处于最低值。并且在采用交叉扎工艺时，镁合金材料可以提前进入到预备断裂的状态中，使得镁合金材料在断裂过程中需要的应力值总和减少，便于降低镁合金材料的硬度，增加其软度。

2.2 弯曲性能

镁合金材料的弹性较低，弯曲性能较差，为了弥补这些缺陷，很多镁合金生产商会对镁合金材料进行冲压处理。在进行冲压处理后，镁合金材料的弹性强弱发生了变化，弹性随着温度的变化而变化。在冲压成型过程中，温度会逐渐的增高，此时，镁合金材料的屈服强度会逐渐的降低，进而使得镁合金材料的回弹现象明显减轻。在不同的温度下，镁合金材料都存在着不同的弯曲半径，当温度不断增加时，弯曲半径的数值不断减小，进而使得镁合金材料的弯曲性能不断优化、可塑性不断增加。