機(jī)械設(shè)備外殼沖壓成型鎂合金組織與性能研究

劉炳承

（南昌職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330500）

現(xiàn)今，金屬板材已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到多個(gè)行業(yè)中，如工業(yè)制造業(yè)、汽車行業(yè)、電器行業(yè)等諸多行業(yè)。多數(shù)機(jī)械設(shè)備的外殼都采用了鎂合金板材，雖然鎂合金散熱性能較好、價(jià)格較低，但是硬度較高、彈性模量大、可塑性較差等問題仍然有礙于鎂合金材料的發(fā)展與使用。通過運(yùn)用沖壓成型技術(shù)，鎂合金材料的組織與性能將會發(fā)生變化，進(jìn)而使得金屬材料的硬度降低、可塑性增加，便于鎂合金材料在工業(yè)制造業(yè)的應(yīng)用。本文通過分析機(jī)械設(shè)備沖壓成型的鎂合金外殼組織與性能的特點(diǎn)，進(jìn)而探討了沖壓成型鎂合金材料的優(yōu)勢，從而完成本文的研究。

1 機(jī)械設(shè)備外殼沖壓成型鎂合金組織研究

沖壓形成的機(jī)械設(shè)備鎂合金外殼主要是指通過交叉軋制作工藝對鎂合金進(jìn)行退火處理，使得鎂合金的內(nèi)部組織發(fā)生變化，進(jìn)而提高鎂合金的塑性能力[1]。在沖壓成型的過程中，鎂合金的內(nèi)部組織會相繼進(jìn)入兩個(gè)變化階段，首先是內(nèi)部組織的回復(fù)階段，隨后是內(nèi)部組織的再結(jié)晶階段，在經(jīng)過這兩個(gè)階段后，鎂合金的應(yīng)力基本消除，鎂合金內(nèi)部將產(chǎn)生大量的在各方向上尺寸相差較小的晶粒，從而使得機(jī)械設(shè)備的鎂合金外殼可塑性增強(qiáng)、質(zhì)量增加。

本文以機(jī)械設(shè)備的AZ31鎂合金外殼為例，首先分析其組織結(jié)構(gòu)。在AZ31鎂合金外殼內(nèi)有3種不同類型的晶粒組織，分別為粗大的晶粒、細(xì)小的動(dòng)態(tài)晶粒以及呈鏡面對稱關(guān)系的晶粒。

在采用交叉扎工藝進(jìn)行沖壓處理時(shí)，鎂合金材料要經(jīng)過退火處理，在溫度為300℃時(shí)，鎂合金材料的組織隨著保溫時(shí)間的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。當(dāng)保溫時(shí)間為30分鐘時(shí)，鎂合金材料呈成鏡面對稱關(guān)系的晶粒數(shù)量逐漸減少，并且隨著保溫時(shí)間的不斷延長，該類晶粒的數(shù)量也會不斷下降，當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到1小時(shí)時(shí)，鎂合金材料內(nèi)的該類晶?；鞠?，當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到1.5小時(shí)時(shí)，該類晶粒完全消失。在退火處理的過程中，鎂合金材料以呈鏡面對稱關(guān)系的晶粒為變形的基本點(diǎn)，該類晶粒的相交處會產(chǎn)生大量的新晶粒，使得該類晶粒的組織發(fā)生變化，隨著組織中新晶粒的不斷增加與擴(kuò)大，最終組織內(nèi)的新晶粒將產(chǎn)生接觸，進(jìn)而導(dǎo)致呈鏡面對稱關(guān)系的晶粒慢慢變化成圓形。

在溫度為300℃、保溫時(shí)間為40分鐘的狀態(tài)下，鎂合金材料內(nèi)部的晶界發(fā)生變形，內(nèi)部已有的部分晶粒會產(chǎn)生位移，致使晶界向上凸起。隨著鎂合金材料的應(yīng)力不再平衡、材料內(nèi)部產(chǎn)生凸起與位移現(xiàn)象等情況的產(chǎn)生，鎂合金材料的組織將會出現(xiàn)再結(jié)晶的現(xiàn)象，粗大的晶粒之間將會產(chǎn)生交界，并且在新產(chǎn)生的交界處會形成一些新的晶粒。

在退火處理的前期階段，鎂合金材料的組織是由3種晶粒構(gòu)成：粗大的晶粒、細(xì)小的動(dòng)態(tài)晶粒以及呈鏡面對稱關(guān)系的晶粒，這三種晶粒的大小千差萬別，粗大的晶粒為25μm、呈鏡面對稱關(guān)系的晶粒為10μm、細(xì)小的晶粒為2μm，此時(shí)，鎂合金材料組織的性能較差、鎂合金材料的質(zhì)量并不理想。

在溫度為300℃、保溫時(shí)間為150分鐘的退火處理中后期階段，鎂合金材料的組織結(jié)束了再結(jié)晶的階段，此時(shí)，組織內(nèi)的各類晶粒形狀發(fā)生變化，形成了多邊形的晶粒；各類晶粒的大小達(dá)到一個(gè)平均值，進(jìn)而使得鎂合金材料的組織性能變強(qiáng)，鎂合金材料的質(zhì)量也有所改善。隨著保溫時(shí)間的不斷延長，鎂合金材料組織內(nèi)的各類晶粒會一直擴(kuò)大，最終鎂合金材料內(nèi)部將會產(chǎn)生大量的在各個(gè)方向上大小幾乎一致的晶粒，從而提高金屬材料的可塑性及其質(zhì)量。鎂合金材料組織的晶粒變化如圖1所示。

圖1 300℃下晶粒尺寸變化圖

2 機(jī)械設(shè)備外殼沖壓成型鎂合金性能研究

為了完成鎂合金材料的沖壓處理工作，需要對鎂合金材料進(jìn)行退熱處理，在進(jìn)行了退熱處理后，鎂合金材料的性能將發(fā)生變化，隨著性能的變化，鎂合金的可塑性將不斷增強(qiáng)，質(zhì)量也將不斷增加。

2.1 拉伸性能

在研究沖壓成型鎂合金材料的拉伸性能時(shí)，使用交叉扎制作工藝將鎂合金材料沿著三個(gè)不同的方向進(jìn)行拉伸，進(jìn)而綜合地判斷鎂合金材料的拉伸性能，三個(gè)拉伸方向依次為0度、45度和90度。在0度、45度、90度這三個(gè)不同方向進(jìn)行拉伸時(shí)，鎂合金材料會出現(xiàn)不同的斷裂情況。0度時(shí)，鎂合金材料進(jìn)入預(yù)備斷裂狀態(tài)的時(shí)間較短，容易產(chǎn)生斷裂情況；45度時(shí)，鎂合金材料進(jìn)入預(yù)備斷裂狀態(tài)的時(shí)間稍有延長，相對比較容易產(chǎn)生斷裂情況；90度時(shí)，鎂合金材料進(jìn)入預(yù)備斷裂狀態(tài)的時(shí)間較長，不易產(chǎn)生斷裂情況。當(dāng)拉伸方向?yàn)?度時(shí)，鎂合金材料在斷裂情況下的應(yīng)力值達(dá)到最高值，由此可見，在0度時(shí)，鎂合金材料的可塑性處于最佳狀態(tài)，鎂合金的硬度處于最低值。并且在采用交叉扎工藝時(shí)，鎂合金材料可以提前進(jìn)入到預(yù)備斷裂的狀態(tài)中，使得鎂合金材料在斷裂過程中需要的應(yīng)力值總和減少，便于降低鎂合金材料的硬度，增加其軟度。

2.2 彎曲性能

鎂合金材料的彈性較低，彎曲性能較差，為了彌補(bǔ)這些缺陷，很多鎂合金生產(chǎn)商會對鎂合金材料進(jìn)行沖壓處理。在進(jìn)行沖壓處理后，鎂合金材料的彈性強(qiáng)弱發(fā)生了變化，彈性隨著溫度的變化而變化。在沖壓成型過程中，溫度會逐漸的增高，此時(shí)，鎂合金材料的屈服強(qiáng)度會逐漸的降低，進(jìn)而使得鎂合金材料的回彈現(xiàn)象明顯減輕。在不同的溫度下，鎂合金材料都存在著不同的彎曲半徑，當(dāng)溫度不斷增加時(shí)，彎曲半徑的數(shù)值不斷減小，進(jìn)而使得鎂合金材料的彎曲性能不斷優(yōu)化、可塑性不斷增加。

3 結(jié)語

為了探討沖壓成型鎂合金材料的優(yōu)勢，本文從其性能與組織特點(diǎn)出發(fā)，并列舉樣例，進(jìn)而完成本文關(guān)于機(jī)械設(shè)備外殼沖壓成型鎂合金組織與性能的相關(guān)研究，希望本文可以為鎂合金材料的相關(guān)研究提高有益幫助。

[1]張玉,黃曉鋒,馬振鐸,等.熱處理工藝對Mg-6Zn-2Sm-0.4Zr鎂合金顯微組織和力學(xué)性能的影響[J].中國有色金屬學(xué)報(bào), 2017, 27(10):1961-1969.