连铸az31镁合金成形性能及内齿轮精密成形研究

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1、摘要由于镁合金具有较高的比剐度、比强度和良好的电磁屏蔽性、减振性能及散热性能，因此在航空航天、汽车工业和3C产品领域有着广阔的应用前景。镁合金常温下的塑性变形能力较差，难以通过传统的挤压、冲压成形技术进行大批量生产，这就大大限制了镁合金在结构领域内的应用。但镁合金的塑性随温度的升高而显著改善，这就使镁合金在高温下通过锻压成形和超塑成形来生产所需的零件成为可能。本文的目的是通过对连铸AZ3l镁合金在不同变形条件下的单向拉伸和压缩行为、微观组织演变及成形性能的研究，在建立的组织演变模型和应力一应变模型的基础上，对镁合金在典型传动零件一直齿内齿轮精锻成形的过程和内部组织变化进行数值

2、模拟。同时利用自己设计的模具进行实际成形研究，探索在复杂成形过程中镁合金的流动和组织演变规律，确定使镁合金获得良好变形性能的工艺条件，从而为镁合金精密塑性成形技术的发展和应用提供可靠的依据。为此，本文着重进行了以下几个方面的研究：采用某镁合金厂生产的连铸AZ31镁合金，在300～450。C的温度范围和4．25x10‘4s～～1．0×10之S。1的应变速率范围内，通过单向拉伸试验研究了连铸AZ3l镁合金在高温下的塑性及超塑变形行为，计算了不同变形温度下表征晶界滑移难易程度的阀应力值和不同温度下的变形激活能。通过金相显微镜和扫描电镜观察、分析了超塑变形后试样金相组织和断口特征。结

3、果表明：在300,-,450。C，应变速率8低于1．0×10。s-j的情况下，连铸ZA31镁合金开始表现出超塑性；在4004C，应变速率￡为4．25×104s。时，延伸率达到了200％，应变速率敏感性指数In为O．41。用光学显微镜观察变形前后的拉伸试样的金相组织发现：试样的初始晶粒尺寸约为25／am，在变形之后颈缩区域的晶粒长大现象不是很明显，晶粒沿着变形方向有所伸长，但晶粒形状基本保持为等轴状。动态连续再结晶是实现该合金超塑变形的重要软化机制和晶粒稳定机制。在200～4504C温度范围内，多种应变速率下对标准试样进行了压缩实验，得到了连铸AZ31镁合金压缩的流变应力曲线；

4、并综合考虑应变软化和应变速率硬化因素，提出了适合连铸AZ31镁合金的流变数学模型。与实验结果的对比表明：该模型能较准确地反映合金变形过程中的应力变化趋势，为以后的成形和组织演变数值模燕山大学工学博士学位论文拟提供了依据。在上述实验的基础上，分别对连铸AZ31镁合金精密等温锻造成形内直齿轮的充填过程和成形过程中的微观组织演变进行了数值模拟，为实际模具参数的选取和设计以及了解成形零件的内部组织和性能提供了依据。根据作者提出的内直齿轮两段成形法原理，设计制造了一套经过参数修正的内直齿轮等温精锻模具。并用此模具在不同温度进行了连铸AZ31镁合金内直齿轮的成形实验，结果表明：连铸AZ3

5、1镁合金的最佳等温精锻温度为280～380。C；本文提出的温度修正量和温度修正系数以及弹性修正量与弹性修正系数的概念，可有效提高精锻齿轮的精度；精锻得到零件的内部组织分布是不均匀的，可通过控制变形温度、变形方式和变形速度来达到细化晶粒、提高零件机械性能的目的。关键词镁合金；变形行为；数值模拟；微观组织演变；超塑性；直齿内齿轮；成形性能ITAbstractSincethemagnesiumalloyshavehighspecificrigidity,highspecificstrength，excellentelectro—magneticshieldingability,da

6、mpingandheat-dissipatingproperties，theyhavewideapplicationprospectsinthefieldsofaeronauticandastronauticinstruments，automobilepanelsand3Cproducts．However,theductilityofmagnesiumalloysisratherpooratroomtemperature，Itisdifficulttorealizealarge—scaleproductionofMgpartsthroughpressformingandsta

7、mpingprocess，whichgreatlyrestrictstheirapplicationsinstructuralfield．Owingtothesignificantimprovementofductilitywithtemperature，itispossibletomanufactureMgalloypartsthroughforgingandsuperplasticformingathighertemperatures，Thepurposeofthispaperisthroughth