半固态铝合金铸件触变充型过程的模拟

在充分考虑半固态A1Si7Mg合金触变充型过程中压力和速度变化特征基础上，建立耦合半固态表观粘度的三维流场数学模型，确定固定流量的入流边界条件和约束滑动型壁边界条件以及保持入流温度不变的初始条件，并采用SOLA—VOF法对铝合金件的触变充型过程进行了模拟计算。结果表明，由于半固态表观粘度随剪切速率增大而下降，造成局部浆料充型速度的复杂变化，从而使半固态合金呈现剪切变稀的触变成形特点。由于充型时间极短，浆料在充型过程中降温小于1℃。刹车泵体模拟计算结果展示了模拟与实际成形结果的一致性。     

半固态AlSi7Mg合金挤压成形的刚-粘塑性有限元模拟

在半固态金属成形过程中, 金属流动机制的预测是非常重要的。由于影响半固态金属成形特性的因素很多, 故相当复杂。本文中, 利用自行开发的半固态金属触变成形装置和六指形模具进行的触变成形实验的结果, 并采用半固态AlSi7Mg合金在不同温度下建立的刚 粘塑性本构关系, 应用 DEFORMTM商用软件进行了模拟计算与实验条件相同的变形过程。由模拟计算与实验结果相比较可知, 模拟结果与实验结果基本吻合。     

新型半固态加工专用铝合金的成分设计

采用合金热力学计算方法对Al-Si—Mg系适合半固态加工的合金成分进行了优化设计，并进行了实验验证研究。结果表明：采用国际通用的ThermoCalc软件能够成功地对Al-Si-Mg系合金成分进行优化设计，计算结果与实验结果具有较好地一致性；优化后的Al-6Si-2Mg合金在各工序中都表现出良好的半固态加工性能，连铸和二次加工过程的稳定性和可控性大大提高，坯料的凝固组织更加细化、球化和均质化；通过优化工艺，最终获得了Al-6Si-2Mg合金半固态触变成形的最佳工艺参数和外观完粘、性能优良的半同态压铸件．为半固态触变成形的工业应用打好了基础。     

触变成形AlSi7Mg合金的组织与性能

AlSi7Mg合金半固态浆料经触变成形及热处理后,其性能得到显著提高。试验采用电子显微镜、扫描电镜及电子拉伸机,研究了液相半连续铸造法制备的AlSi7Mg合金半固态浆料的组织、二次加热的合金组织、经触变成形及T6处理后的组织与性能。结果表明,触变成形并经热处理后的AlSi7Mg合金,其组织中析出相为Al3Si和AlSi化合物,σb达到290.2MPa,δ5达到12.9%,此结果为液相线半连续铸造AlSi7Mg合金触变成形的深入研究奠定了基础。     

半固态高硅铝合金的热力学模拟

采用基于CALPHAD法的热力学模拟对Al-x Si-y Cu-z Mg半固态高硅铝合金进行合金成分的优化设计。实验以元素Si、Cu、Mg为因变量,对Al-Si-Cu-Mg四元高硅铝合金进行热力学模拟,并用DSC测试分析验证模拟结果,对合金成分进行了优化。结果表明:Cu、Mg是合金设计的两个关键元素,能显著影响液相体积分数对温度的敏感度以及温度间隔,而Si元素对其影响较小。结合半固态合金热力学设计判据,Al-17Si-4.5Cu-1.5Mg、Al-17Si-5Cu-1Mg和Al-17Si-4Cu-2Mg是较理想的半固态触变成形用高硅铝合金。     

温度和应变速率对半固态AlSi7Mg合金变形性的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机研究了温度和应变速率对半固态A1Si7Mg合金变形性的影响。从中得知,半固态合金的压缩流动应力不仅是变形温度的函数,而且是应变速率的函数,变形温度和应变速率决定了半固态压缩变形的特征。     

半固态A356合金的瞬态流变行为及半固态压铸研究

采用自行研制的流变装置研究了不同初生相形态半固态A356合金的瞬态流变行为,建立了瞬态流变本构模型;通过设计制造的坯料感应加热系统研究了加热过程中半固态合金的组织演化规律;借助模拟仿真技术确定模具浇注系统和合适的压射条件;对传统压铸机进行改造,生产出高质量的半固态触变成形样件.结果表明,初生相形态和切变机制对半固态合金的瞬态流变行为有显著影响;随合金坯料在液固温区停留时间增加,合金坯料产生组织变化和蠕变,将对后续的成形过程造成影响.     

半固态AlSi7Mg合金坯料连续制备和触变成形研究

系统研究了半固态AlSi7Mg合金连铸坯料的制备和触变成形。研究表明:在电磁搅拌下,制备出半固态AlSi7Mg合金连铸坯料,合适的连铸速度为1.5～3 mm/s;半固态AlSi7Mg合金坯料的合适加热温度为580～590℃;在模具温度100～300℃和比压15～25 MPa条件下,触变锻造出汽车制动总泵体和比例阀毛坯。     

变形镁合金触变锻造研究

采用机械搅拌法制备半固态变形镁合金,并设计制造了触变塑性成形装置,进行了变形镁合金触变锻造和常规锻造实验。采用所建立的半固态镁合金本构关系,对触变锻造进行了数值模拟,得到了成形过程中的应力和应变分布,对比了触变锻造和常规锻造的成形特点。结果表明,变形镁合金触变锻造具有变形抗力小、应力分布均匀的特点。通过实验和模拟结果对比可知,两者吻合较好,所获结果可指导变形镁合金触变锻造工艺实践。     

新型半固态加工专用铝合金的成分设计与试验验证

基于半固态金属加工原理采用合金热力学计算方法对Al-Si-Mg系适合半固态加工的合金成分进行了优化设计,并在此基础上开展了试验验证研究.研究表明采用国际通用的Thermo2Calc软件能够成功地对Al-Si-Mg系合金成分进行优化设计,并且计算结果与试验结果具有较好地一致性;优化后的Al-6Si-2Mg合金在各工序中都表现出良好的半固态加工性能,连铸和二次加工过程的稳定性和可控性大大提高,坯料的凝固组织更加细化、球化和均质化;通过优化工艺,最终获得了Al-6Si-2Mg合金半固态触变成形的工艺参数和外观完整、性能优良的半固态压铸件,为半固态触变成形的工业应用打下了基础.     

Numerical and experimental investigations of semi-solid AZ91D magnesium alloy in thixoforming process

Many complicated factors affect thixoforming fluidity in thixoforming process of semi-solid metal (SSM). So, it is important to forecast the flow property of SSM. Rigid visco-plastic constitutive model of semi-solid AZ91D Mg alloy was established at different strain rate. The thixoforming process of semi-solid AZ91D Mg alloy was simulated using commercial finite element software DEFORM-3D™. The fluid and effective stress–strain fields in the thixoforming process were obtained and the relationships among stress, strain rate and temperature also were analyzed. The thixoforming experiments were performed at 570 °C with different holding time. Finite element analysis results were compared with experimental ones, and experimental data has good agreements with the simulation results.     

高固相率半固态镁合金触变成形数值模拟

对高固相率半固态镁合金触变成形过程进行数值模拟,分析了成形过程中的应力、应变分布和温度场,对比了半固态坯料与常规态坯料成形的特点.结果表明,半固态镁合金材料具有变形抗力小,应力、应变分布均匀的特点,材料流动性、充填性能优于常规坯料,能够一次成形复杂形状零件.数值模拟为半固态成形工艺参数的优化起到很好的参考作用.     

Al-Mg-Si合金半固态触变成形研究

以水泵盖为目标零件,在自行建立的半固态触变成形试验线上使用A357合金和新开发的半固态专用铝合金Al-6Si-2Mg进行了半固态触变压铸试验研究.对这两种合金在半固态坯料制备、二次加热及半固态压铸中的显微组织及工艺性进行了比较.结果表明,Al-6Si-2Mg合金在触变成形过程中均表现出更好的工艺可控性,其半固态压铸件热处理后的性能为σb=335MPa,σs=305MPa,δ5=3%,强度高于A357,伸长率与铸态A357合金相当.试验最终获得了充型完好、性能优异、组织均匀的半固态压铸件.     

SiC_P/AZ61复合材料半固态触变成形的数值模拟

采用等温热处理法制备SiCP/AZ61复合材料半固态坯料。运用所建立的高固相SiCP/AZ61复合材料本构模型,对其触变成形过程进行数值模拟,得到成形过程中的应力和应变分布,并对比了触变成形和常规成形的成形特点。结果表明,SiCP/AZ61复合材料触变成形具有变形抗力小、应力分布均匀的特点。通过对比试验结果和模拟结果可知,两者吻合较好,所获结果可指导镁基复合材料触变成形工艺实践。     

半固态过共晶Al-Si合金的制备技术

论述了半固态过共晶Al-Si合金的制备技术,包括半固态搅拌、喷射沉积与触变成形、双重铸造、变质与等温处理等。这些技术可有效地改善初晶Si形态,细化初晶Si,获得一定量的球状α相,并控制浆料中的固相率,使合金具有预期的半固态组织。     

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。     

ZL112Y半固态连续触变成形料坯的温度场数值模拟

根据半固态连续触变成形的原理,自行设计了一套水平式二次重熔连续感应加热装置。采用商业软件ANSYS对该装置的3台感应加热设备不同加热功率匹配下料坯的温度场进行了计算机模拟,可得到与ZL112Y铝合金所需半固态触变温度为570-572℃相吻合的结果。而且通过模拟,获得了坯料连续式二次重熔时合理的加热参数,即大、中、小3种加热功率设备的电流分别为1350、800、600A,依次加热3min,得到的坯料温度接近于理想的半固态温度。     

Research on semi-solid thixoforming process of AZ91D magnesium alloy brackets for generators in JH70-type motorbikes

The investment on semi-solid die casting processes of AZ91D magnesium alloy brackets for generators in JH70-type motorbikes is introduced. The processes of low super-heat and cooling slope for the preparation of billets with non-dendritic microstructure, the remelting of billets for thixoforming and the parameters in the process of semi-sohd thixoforming have been researched. The results show that primary billets with non-dendritical structures can be prepared by forming great amount of nuclei in melt via the process of low super heat. By optimizing the remelting process through adjusting the current of the induced equipment, semi-solid billets with a structure of spherical grains were obtained from the primary billets with non-dendritical structure. The range of 580℃ to 583℃ is the proper remelting temperatures by which the billets have an expected thixotropy and can be transferred to a die-casting machine. The optimized parameters of semi-solid forming in a die-casting machine are as follows： the area of the ingate in the die is 383.5 mm^2, the speed of the pierce of the machine 5 m/s, the shot pressure of the pierce 75 MPa, and the maintenance pressure of the pierce 350 MPa. The castings of brackets for supporting generators in JH70 type motorbikes were formed by adopting the optimized processes and parameters mentioned above.     

Effect of semi-solid forming on the microstructure and mechanical properties of the iron containing Al-Si alloys

Iron is the most common impurity in aluminum casting alloys. The iron-bearing intermetallic compounds have the detrimental effects on the mechanical properties of the alloys. The aim of this research is to study the effects of plastic deformation and semi-solid forming on the morphology and distribution of the iron-bearing intermetallics and the microstructure and mechanical properties of the Al-Si alloys. Different amounts of iron and manganese were introduced into the A380 aluminum casting alloys. The alloys were processed through plastic deformation, recrystallisation and partial melting (RAP), and thixoforming. The microstructure and mechanical properties of the thixoformed alloys were investigated. The results showed that the RAP and thixoforming processes promote the formation of the very fine and well-distributed α-Al₁₅(FeMn)₃Si₂ compounds in the aluminum matrix. The yield and tensile strength as well as elongation of the alloys have been increased considerably by semi-solid forming compared with the as-cast condition.