退火工艺对AZ31镁合金板材冲压性能影响分析

张耀丹

退火工艺对AZ31镁合金板材冲压性能影响分析

张耀丹

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）

文章通过对大变形异步轧制后的AZ31镁合金板材进行退火前和退火后的杯突实验；通过拉伸试验测得冲压性能指标，对退火前和退火后的冲压性能指标进行比较，得到经退火处理，冲压性能指标都得到了很好的改善，有利于冲压成型；可得退火后可用较小的冲压力得到较大的杯突值。退火处理可极大改善AZ31镁合金板材的冲压性能。

AZ31镁合金板材；冲压性能；退火处理；杯突值

镁及镁合金是目前最轻的一种金属结构材料，其具有密度较低、高比强度和比刚度、较好的导热性、机械加工性能优良、可回收利用等优点[1]，可为燃料电池、混合动力和内燃机提供最佳的材料解决方案，并且可以全回收无污染，镁合金已成为汽车、航空、信息技术等领域轻量化研究的关键材料之一[2]。镁合金加工成型主要包括塑性成型和铸造成型，目前，镁合金的产品大多为铸造件，产品形状和尺寸受限制，可塑性差、成品率较低，这使镁合金的应用范围受到极大的限制。所以对镁合金板材优良地冲压性能的研究越来越重要。本文主要研究了AZ31镁合金板材在不同退火工艺下的冲压性能变化情况[3-7]。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

本文采用热轧态AZ31镁合金板坯（规格：2.36 mm×200 mm×1 000 mm），在上、下辊直径分别为120 mm、135 mm的轧机上进行异径异步轧制，轧辊未预热且不润滑，温度为300 ℃，速度为12.4 m/min，对AZ31镁合金热轧板坯进行一道次异步轧制，然后空冷进行退火处理，压下率分别为23.7%、30.5%、36.4%。压下率是指压下量与轧件轧制前的高度或轧制后高度之比的百分数，它是表示轧制时高度方向相对压缩变形程度的变形参数。

1.2 试验方法

将轧制后未经退火处理和经退火处理的板材切割成50 mm×50 mm的小块，用砂纸打磨后，在杯突试验机上进行冲压试验，测量杯突值，然后通过拉伸试验测得冲压性能指标，对退火前和退火后冲压性能指标值进行比较，研究退火工艺对AZ31镁合金板材的冲压性能影响。

2 试验结果及讨论

2.1 退火工艺对杯突值的影响

图1为AZ31镁合金板材退火前和退火后的杯突值及最大冲力随压下率的变化，由图可得，退火前的杯突值随着压下率的增加而减小，退火后的杯突值随着压下率的增加而增大，且退火后的杯突值都大于退火前的，比较晶粒尺寸为3.8 μm的板材退火前后的杯突值，最大增率达到40%，说明晶粒越细小，退火工艺对板材的室温冲压性能的影响越大。图2为不同晶粒尺寸的板材退火前后的杯突值及最大冲压力的增加率，由图2可得随着晶粒尺寸的细化，退火后板材的杯突值及最大冲压的增加率明显增加，但晶粒越细小杯突值的增加率远远大于最大冲压力的增加率，说明晶粒越细小的板材经退火处理后可用较小的冲压力得到较大的杯突值。也就是说退火处理可以大大改善AZ31镁合金板材的深冲性能。

图1 杯突值及最大冲压力与压下率的关系

图2 杯突值及最大压下率的增加率

2.2 退火前后冲压性能指标对比

图3为退火前的屈强比，图4为退火后的屈强比，两图比较可得经退火处理后的板材屈强比大大下降，且0°、45°、90°之间的屈强比值相差较小，说明各向异性减弱。这说明，退火处理工艺可有效降低板材的屈强比，屈强比低表示金属材料的塑性较好，提升板材冲压性能。

图3 退火前的屈强比与晶粒尺寸的关系

图4 退火后的屈强比与晶粒尺寸的关系

比较图5中异步轧制AZ31镁合金板材经退火前的塑性应变比图6中异步轧制AZ31镁合金板材经退火后的塑性应变比可得，与退火前相比得到很大的提高，塑性应变比反映了板材厚度方向与板材平面方向的塑性差异，值大有利于板材的冲压成形，由图5可得，AZ31镁合金板材经退火处理后的值得到了很大的提高，镁合金板材的冲压性能得到了显著改善。另外，板材不仅存在后向塑性各向异性，还存在板材平面塑性各向异性，用△来表示，也就是制耳参数。由图6可得，与退火前相比，退火后板材的制耳参数都减小，说明退火后板材的制耳出现在板材0°或90°方向。如图7所示，△的减弱增加了值对提高板材冲压性能的有利影响。所以在考虑塑性应变比对板材冲压性能的影响时，应该综合考虑制耳参数△和。

图5 退火前板材的塑性应变图

图6 退火后板材的塑性应变图

图8为退火处理前，图9为退火处理后异步轧制AZ31镁合金的应变硬化指数的变化情况。由图9可得，经退火处理后应变硬化指数有明显的增加，原因是经退火处理后，发生了静态再结晶，晶粒尺寸减小，晶界面积增大，板材晶粒显著细化且等轴化，应变硬化能力增强，所以使值增大。但是，如上文所述，孪晶阻碍晶界滑移变形，孪晶密度越高，值越大。有研究表明，经退火处理后，板材显微组织中孪晶消失，但值仍增大，这种情况可能是由于晶粒细化和等轴化引起值增加的影响大于孪晶消失引起值减小的影响。

图8 退火前的应变硬化指数的变化

图9 退火后的应变硬化指数的变化

3 结论

1）退火后，AZ31镁合金板材的杯突值随晶粒尺寸的细化而增大，且都大于退火前的，比较晶粒尺寸为3.8 μm的板材退火前后的杯突值，最大增率达到40%，说明晶粒越细小，退火工艺对AZ31镁合金板材的室温冲压性能的影响越明显。比较退火前后的杯突值及最大冲压力的增加率，可得退火后可用较小的冲压力得到较大的杯突值。退火处理可大大改善AZ31镁合金板材的冲压性能。

2）经退火处理后，AZ31镁合金板材的屈强比明显下降，且0°、45°、90°之间的屈强比值相差较小；塑性应变比达到了大幅度的提高，制耳参数明显下降，且都小于0；应变硬化指数明显增加，说明经退火处理，冲压性能指标都得到了很好的改善，有利于冲压成型。

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Impact Analysis of Annealing Process on Stamping Properties of AZ31 Magnesium Alloy Sheet

ZHANG Yaodan

( Shaanxi Defence Vocational & Technical College, Xi'an 710300, China )

In this paper, the cup process experiments of AZ31 magnesium alloy sheet after large deformation asynchronous rolling are carried out before and after annealing.The performance indexes of stamping are measured by tensile test, and compared with those before and after annealing. The results show that after annealing treatment, the performance indexes of stamping are improved very well, which is beneficial to stamping forming.It can be concluded that the larger cup dash value can be obtained with a smaller punch pressure after annealing. The stamping performance of AZ31 magnesium alloy sheet can be greatly improved by annealing treatment.

AZ31 magnesium alloy sheet;Stamping performance;Annealing treatment;Cup drawing value

U465

A

1671-7988(2023)19-161-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.031

张耀丹（1985－），女，硕士，讲师，研究方向为机械及车辆工程教学，E-mail:529329544@qq.com。