半固态AZ91D镁合金浆料的流变压铸过程数值模拟

在半固态AZ91D镁合金浆料表观粘度试验数据拟合的基础上,建立了半固态AZ91D镁合金浆料的表观粘度触变模型,并对AZ91D镁合金浆料在连杆型腔中的充填过程进行了模拟.模拟结果与实际充填结果符合,说明建立的AZ91D镁合金浆料表观粘度触变模型正确可行.模拟优化了连杆压铸件的压铸工艺,合适的压铸工艺参数为:浆料成形温度在590℃以上,内浇道充填速度为2.7 m/s,压射比压在40 MPa以上.     

半固态AZ91D镁合金触变特性研究

在自行设计的Couette型同轴双桶流变仪上对半固态AZ91D镁合金浆料的触变性能进行了研究,结果表明半固态AZ91D浆料经等温静置后,表观粘度升高,然后在剪切作用下逐渐降低,最后达到一个稳态值,呈现出典型的剪切变稀特性;在相同剪切速率下,随静置时间的延长,半固态AZ91D合金浆料在随后的剪切作用下表观粘度达到稳态所用时间随之延长,同时稳态表观粘度也相应增大,这主要是由于静置过程中固相颗粒发生了合并;在剪切速率和静置时间相同时,随固相率的增加,半固态AZ91D合金浆料达到稳态所需时间也随之增加;在相同固相率和静置时间下,随剪切速率的增大,半固态AZ91D合金浆料的稳态表观粘度随之降低,同时达到稳态粘度所需时间也随之减小.     

工艺参数对半固态镁合金表观粘度的影响

通过制备AZ91D镁合金半固态浆料,研究不同剪切速率、固相分数和搅拌时间对半固态镁合金AZ91D表观粘度的影响。结果表明,半固态镁合金表观粘度的大小随固相分数的增加而增加,随剪切速率的增大和剪切时间的延长而降低。在剪切温度570℃左右,其相对应的固相分数fs=0．41时较适合镁合金的半固态流变成形。剪切速率越大,合金浆料到达稳态的时间越短。     

机械振动对消失模型壳铸造镁合金充型能力的影响

在AZ91D镁合金消失模型壳铸造的浇注过程中施加垂直方向的机械振动,研究了不同的振动频率和振幅对消失模型壳铸造充型能力的影响,并在不同浇注温度下与未振动条件进行了对比分析。通过对不同参数下获得的AZ91D试样的长度和面积进行分析,探讨了机械振动对消失模型壳铸造镁合金充型能力的影响。结果表明,浇注温度不同的镁合金在机械振动下相比于未振动时充型能力得到显著提高,且浇注温度越低,充型能力的提高幅度越大。在浇注温度为690℃时,充型长度提高了75.6%,充型面积提高了82.3%。随着振动频率和振幅的增加,AZ91D镁合金的充型能力逐渐提高,当振动频率为100Hz,振幅为1.0mm时,消失模型壳铸造AZ91D镁合金的充型能力较为理想。     

工艺参数和型芯对AZ91D镁合金压铸充型能力的影响

通过正交实验,系统研究了压铸过程中浇注温度、模具温度、压射比压、充型速度对AZ91D镁合金充型能力的影响,同时研究了圆柱形型芯对其流动性能的影响.结果表明,对AZ91D镁合金压铸充型能力影响最大的因素是压射比压,其次是充型速度和浇注温度,影响最小的是模具温度.随着上述4个因素值的提高,AZ91D镁合金的充型能力均得到提高.随着型芯直径的增加,AZ91D镁合金的流动性能变差.应设法改善压铸工艺条件和型芯形状来提高合金的压铸充型能力.     

半固态镁合金充型性能研究

采用正交试验设计，研究了SIMA法镦粗形变半固态AZ91D镁合金的挤压充型性能。结果表明：半固态加热温度对充型性能的影响作用最大，其次是保温时间，形变率的影响作用相对最小：随着半固态加热温度的升高或保温时间的延长，合金浆料的充型性能提高：但形变率从20％增加到30%时，浆料的充型性能反而有所降低，形变率从30％增加到40%时，浆料的充型性能增加。试验优选的成形工艺参数为：加热温度580℃,保温时间20min,形变率20%。     

连续冷却条件下半固态AZ91D镁合金组织及流变特性

在自行设计的Couette型同轴双桶流变仪上对半固态AZ91D镁合金浆料的流变性能以及组织进行了研究。结果表明，连续冷却条件下，连续搅拌半固态AZ91D镁合金浆料的表面粘度随固相分数的增大先缓慢而后迅速增大。此外，冷却速率和剪切速率也都显著影响半固态AZ91D镁合金浆料的表面粘度，降低冷却速率和增大剪切速率，都将导致表观粘度下降，显微组织观察表明，降低冷却速率和增大剪切速率都有利于固相颗粒形态向非枝晶形态转变，从而导致表观粘度的降低。     

铝、镁合金半固态浆料的制备与流变成形新工艺

介绍了阻尼冷却管法制备A356铝合金半固态浆料工艺的实验装置及其原理,并进行不同浇注温度的系列实验。结果表明:由于阻尼冷凝管的冷却和搅拌作用,熔体浇注温度越低,在两相温度区间内生成的游离晶核就越多,制备得到半固态铸件的晶粒尺寸就越小,且球化程度越高。在此实验原理及结果分析的基础上,设计真空吸铸-阻尼冷却装置,近液相线温度的AZ91D镁合金液在冷却、剪切的作用下,由液态转变为半固态浆料,然后进入模具完成充型,实现镁合金半固态浆料的制备与铸件流变成形一体化;半固态镁合金熔体具有触变性及更高的黏度,以平稳、层流的充型方式完成充型,能够有效地改善成形件的质量。     

电磁搅拌参数对半固态AZ91D镁合金组织的影响

利用自制的电磁搅拌装置和淬火技术,主要研究了电磁搅拌频率为50Hz下的搅拌参数对连续冷却条件下AZ91D镁合金组织的影响规律.在本试验条件下,当电磁搅拌频率小于50 Hz时,随着电磁搅拌频率的升高,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料组织中的球状初生α-Mg越来越多,其形态更加圆整、分布更趋均匀;当电磁搅拌频率达到或高于50 Hz时,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料的组织比较理想.当电磁搅拌功率增大时,半固态AZ91D镁合金熔体中的蔷薇状初生α-Mg会受到更加强烈的附加温度起伏,促使蔷薇状初生α-Mg枝晶臂根部的熔断,形成越来越多的球状初生α-Mg,而且初生α-Mg越来越圆整.在电磁搅拌制备半固态AZ91D镁合金浆料或坯料时,较低的冷却速率有利获得较理想的半固态组织.     

电磁搅拌参数对半固态AZ91D镁合金组织的影响

利用自制的电磁搅拌装置和淬火技术,主要研究了电磁搅拌频率为50Hz下的搅拌参数对连续冷却条件下AZ91D镁合金组织的影响规律.在该试验条件下,当电磁搅拌频率小于50Hz时,随着电磁搅拌频率的升高,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料组织中的球状初生α-Mg越来越多,其形态更加圆整,分布更趋均匀;当电磁搅拌频率达到或高于50Hz时,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料的组织比较理想.当电磁搅拌功率增大时,半固态AZ91D镁合金熔体中的蔷薇状初生α-Mg会受到更加强烈的附加温度起伏,促使蔷薇状初生α-Mg枝晶臂根部的熔断,形成越来越多的球状初生α-Mg,而且初生α-Mg越来越圆整.在电磁搅拌制备半固态AZ91D镁合金浆料或坯料时,较低的冷却速率有利于获得较理想的半固态组织.     

半固态A356压铸件充型与凝固过程的数值模拟

利用ProCAST软件对A356合金半固态压铸件下壳体进行耦合数值模拟。结果表明,在模具温度为220℃,充型温度为590℃、压射速度为5m/s时,半固态浆料充型平稳,温度场分布均匀,减少了缩孔、缩松等缺陷,为A356合金半固态压铸成形工艺的制定和优化提供了依据。采用此工艺参数,生产出合格铸件。在该件上所需部位可以钻螺纹孔,与其他零件装配使用。通过试验,验证了数值模拟优化工艺参数的合理性。     

Effects of processing parameters on microstructure of semi-solid magnesium alloy

In this paper, the effects of pouring temperature of magnesium melt, preheating temperature of the barrel of the screw mixer, and shear rate on the solidified microstructures of semi-solid slurry were investigated by a mechanical stirring semi-solid process. The appropriate processing parameters of slurry preparation were obtained, and the mold filling ability of semi-solid slurry for thin-walled casting was examined. Results indicate that the solid volume fraction of non-dendritic microstructure increases with a decrease in pouring temperature of magnesium melt and the barrel preheating temperature of the screw mixer. Also the grain size of primary α-phase is reduced. Furthermore, the solid volume fraction of semi-solid nondendritic structure decreases with an increase of shear rate. The fine and round granular microstructure with 30～50 μm in size of semi-solid AZ91D magnesium alloy was presented. Finally, a 1.0 mm thin-walled casting with a clear contour and good soundness was successfully made by semi-solid rheo-diecasting.     

半固态A356合金微观组织特征对充型能力的影响

采用电磁搅拌法制备了具有不同微观组织特征的半固态A356合金浆料,用图像分析软件对浇注前浆料金相试样的初生相微观组织特征进行了测定,利用间接挤压铸造方法铸造阿基米德螺旋线试样,以挤压成形后的螺旋线试样长度衡量充型能力,通过多元回归,建立了半固态A356合金初生相微观组织特征与充型长度之间的数学表达式。结果表明:半固态浆料充型能力不仅与初生相微观组织特征参数有关,微观组织特征参数的交互作用对充型能力的影响也较大。利用该表达式可以对半固态浆料充型能力进行预测,进而指导半固态浆料制备参数设计、间接挤压铸造工艺设计和缺陷预测。     

充填速度与浇口对半固态AlSi7Mg合金成形过程的影响

确定半固态触变成形的边界条件,在半固态表观粘度耦合于流场的动量方程上,建立半固态AlSi7Mg充型过程的计算模型.对不同充填速度、浇口形状以及浇口设置位置下半固态成形过程进行模拟分析.结果表明:半固态合金的充填速度对流态及成形质量具有明显影响,与压铸相比,半固态浇口形状、设置位置等因素对充填流态影响相对较小,所以半固态工艺设计较为灵活.半固态压铸机的充填流量及充填压力取决于浇口面积、充填速度以及合金种类.充填速度决定半固态浆料流动形态,进而影响半固态制件的成形质量.     

半固态A356合金的流变压铸充填性与组织分布

试验研究了压射比压和压射速度对半固态A356铝合金流变压铸充填性的影响。试验结果表明：压射比压和试片的壁厚对新型方法制备的半固态A356合金浆料的充填性影响较大，试片壁厚越大，压射比压越大，型腔越容易充满；为了保证充满型腔，对于10mm的试片，压射比压应≥15MPa，而对于5mm的试片，压射比压应≥20MPa。压射速度对半固态L356合金浆料充填性也具有较大的影响，较高的压射速度有利于半固态A356铝合金浆料的充填；为了保证充满型腔，对于10mm，的试片，压射速度应≥0．384m／s，而对于5mm的试片，压射速度应≥1．152m／s。流变压铸试片的组织分布很均匀，利于获得高质量的半固态A356合金压铸件.     

流变压铸成形镁合金AZ91D的显微组织与性能

采用双螺杆机械搅拌法制备半固态镁合金浆料,对比研究了液态压铸与半固态流变压铸成形镁合金AZ91D的组织与性能,探讨了半固态成形镁合金铸件的热处理强化机制.试验结果表明,流变压铸成形铸件与液态压铸成形铸件在铸态时的力学性能相当;由于半固态成形减轻了铸件内部气孔、偏析等铸造缺陷,因而T4和T6热处理均明显地提高了半固态成形镁合金铸件的力学性能.研究还得出,液态压铸成形镁合金铸件经过固溶处理之后,其抗拉强度和伸长率也有所提高,但是,时效处理明显地恶化了铸件的力学性能.     

半固态镁合金的研究与应用

综述镁合金半固态金属浆料制备技术、组织与性能研究及工业应用等方面的研究与应用现状，分析了镁合金半固态成形技术的未来发展方向。     

半固态触变成形浇注系统基本参数的算法优化

由于半固态金属的充型能力很差,合理的浇注系统设计就显得尤为重要。采用流体连续性方程和修正过的伯努力方程对半固态金属触变成形浇注系统的基本参数进行优化计算。以充型时间原则和浆料前沿速度原则作为最佳设计原则,通过计算机优化得出最佳的内浇口截面积,从而确定浇注系统的基本参数,并对半固态铝合金平板件充型过程进行模拟计算。结果表明该算法具有很好的效果,为浇注系统的优化设计提供了依据。     

半固态A356合金流变充型的极限长度

通过对半固态合金流变充型机理分析,推导出可以定量计算半固态A356铝合金在圆管内流变充型极限长度的数学模型,该模型包括了工艺参数和半固态A356合金的自身特性。采用间接挤压铸造阿基米德螺旋线试样的方法对该数学模型进行了实验验证,实验结果表明:理论计算值与实验测定值之间的最大偏差小于8%;该数学模型可以定量分析和估算工艺因素对充型能力的影响,并可预测充型极限长度,这对半固态合金流变成形工艺设计和模具设计都有参考价值。实验和理论计算还表明,充型压力和充型速度是影响半固态合金充型能力的两个主要因素,提高充型压力、一定充型压力下适当减小充型速度都可以提高充型能力。     

ZL201合金半固态成形本构模型

对采用近液相线铸造法制备的ZL201合金半固态坯料进行了热模拟压缩试验。根据试验获得的ZL201合金不同温度与应变速率下的应力-应变曲线,采用多元回归线性方法建立了能够表征ZL201合金半固态变形行为的本构方程。同时,根据半固态浆料的表观粘度与热模拟压缩试验中的应变速率等参数间的关系式,对表观粘度和剪切速率之间的关系进行了研究。利用仿真软件Anycasting对ZL201合金半固态触变压铸成形过程进行了数值模拟,研究了内浇道厚度对ZL201合金半固态触变压铸过程的影响,并预测了铸件缺陷。结果表明,当内浇道厚度为3mm时,半固态金属浆料充型过程最为理想。