AZ31镁合金型材连续流变挤压成形过程的数值模拟

通过数值模拟,分析AZ31镁合金在连续流变挤压成形过程中的温度场与流场分布规律。结果表明:辊-靴型腔内合金的温度从入口至出口逐渐降低,合金等温线向工作辊偏移;随着浇注温度的降低,辊-靴型腔内半固态区间逐渐增大;为了获得优良的半固态金属浆料,确定浇注温度为710～770℃;合金在辊-靴型腔内层流运动时,越靠近工作辊内表面,合金的运动速度越快;随着挤压模具扩展角的增大,挤压模具出口型材宽度上中心与两侧边部合金的温度差减小;半固态合金进入模具后呈辐射状逐层向前推进填充模具扩展腔,最后再逐渐向模具出口合拢;为了改善模腔内金属流动速度的不均匀性,扩展角以45°为宜。     

SCR技术制备半固态合金非枝晶组织形成机制

采用单辊搅拌冷却技术制备A2017半固态合金,对半固态合金非枝晶的形成及演变过程进行了研究.结果表明,随着合金熔体浇注温度的降低或者辊靴行腔高度的减小,半固态合金组织逐渐从粗大的枝晶转变为细小的等轴晶.从辊靴行腔入口到出口,靠近靴子面侧半固态合金组织依次为枝晶、退化枝晶和等轴晶,而靠近工作辊面侧合金组织主要为细小的等轴晶和球形晶.合金组织的演变过程为合金熔体首先在靴子和工作辊内表面凝固形核并长大成枝晶,在工作辊的剪切搅拌作用下,枝晶从辊靴表面破碎脱落进入熔体,在工作辊对高固相率半固态合金的剪切搅拌下,枝晶进一步发生断裂破碎最终形成细小的等轴晶和球形晶.     

6201铝合金管材连续流变扩展挤压过程中温度场和流场的数值模拟(英文)

利用自行设计的连续半固态扩展挤压成形装置制备6201铝合金管材,并采用数值模拟研究此过程的温度场和流场分布规律。结果表明:辊?靴型腔内合金的温度从入口到出口处逐渐降低,等温线向轧辊侧偏移,金属流动速度沿工作辊表面向辊靴表面依次递减。在扩展挤压模具内,合金呈放射状填充到模具中,温度由入口到出口处逐渐降低,且模具扩展腔中心的温度高于壁面的温度。分流孔中心位置和焊合部位对应的成形管材截面流线密集,此处相应的金属硬度也高,在两者之间出现8条流线的舒缓过渡带。为制备表面质量良好的6201铝合金管材,合理的浇注温度为750～780°C。     

单辊搅拌工艺条件对A2017合金热/流耦合场影响的有限元分析

针对单辊搅拌技术制备A2 0 17半固态合金的工艺过程 ,利用ANSYS有限元分析软件计算出了不同浇注温度、轧辊转速、辊靴型腔宽度条件下合金温度场、速度场分布 ,分析了单辊搅拌工艺条件对A2 0 17合金热 /流耦合场的影响。优化了单辊搅拌制备A2 0 17半固态材料的工艺参数 ,合理的浇注温度为 6 90～ 790℃ ,辊靴型腔宽度为 4mm ,轧辊转速为 0 .2m/s。     

6201铝合金挤压成型过程模拟分析及实验验证

以6021铝合金为研究对象,利用实验结合计算机有限元软件分析了该材料在扩展挤压成形过程中的温度场、流动场分布,并讨论了浇注温度和各环节流动情况对产品成形效果的影响。结果表明,6021铝合金经过连续流变扩展挤压后形成管材,在辊-靴型腔内的合金熔体温度呈降低趋势,半固态区间随着浇注温度的升高而逐渐下移。     

新型倾斜式冷却技术三维数值模拟

自行设计制造了改进的倾斜式冷却技术试验装置,用来制备半固态A1-3%Mg合金坯料.建立了模拟制备半固态A1-3%Mg合金三维分析模型.结果表明:冷却斜板的倾角对合金温度场与速度场分布具有明显影响,出口温度与速度随斜板倾角增大而增大,合金温度沿合金中心线从浇口到出口基本成线性逐渐降低.合金出口温度随着浇注温度的提高而明显升高.为制备具有良好质量的半固态A1-3%Mg合金坯料,倾角θ=45°较合理,浇注温度控制在650℃-660℃的温度范围,不能高于700℃.     

AZ31镁合金连续强流变轧制成形过程温度场模拟与优化

采用数值模拟与实验相结合,对AZ31镁合金连续强流变轧制成形过程温度场进行了模拟与优化.结果表明,在倾斜板表面,合金温度从浇注口到出口逐渐趋于线性降低;在横断面上,接触倾斜板一侧合金温度比上侧低,当浇注温度大于690℃时,熔体在倾斜板出口温度高于AZ31合金液相线温度,容易发生制品断裂.在轧制变形区后滑区,主要发生半固态金属变形,合金从孔型入口到出口温度逐渐降低,半固态区间随着浇注温度的升高而增长,温度等值线发生两次弯曲,表层合金温度等值线向孔型出口凸出,而中心合金温度等值线向孔型入口凸出,其弯曲程度从中性面到孔型入口越来越明显;在轧制变形区的前滑区,主要发生固态金属的变形,温度等值线发生一次弯曲,且向孔型出口凸出.在本实验条件下,较合理的浇注温度范围在670—690℃之间.     

新型倾斜式冷却剪切技术三维数值模拟

自行设计制造了改进的倾斜式冷却剪切技术试验装置,用来制备半固态Al-3%Mg合金坯料。建立了模拟制备半固态Al-3%Mg合金三维分析模型。结果表明:冷却斜板的倾角对合金温度场与速度场分布具有明显影响,出口温度与速度随斜板倾角增大而增大,合金温度沿合金中心线从浇口到出口基本成线性逐渐降低。合金出口温度随着浇注温度的提高而明显升高。为制备具有良好质量的半固态Al-3%Mg合金坯料,倾角θ=45°比较合理,浇注温度控制在650℃~660℃的温度范围,不能高于700℃。     

半固态AZ31流变铸轧温度场数值模拟

利用有限元方法对AZ31镁合金在半固态双辊铸轧成形工艺中的温度场进行了数值模拟。分析了铸轧工艺参数(轧辊表面对流换热系数、浇铸温度、浇铸速度)对镁合金板带质量的影响。结果表明,在浇铸温度降低到897K时,在10000W.m-2 K-1换热系数下镁合金熔体完全凝固点的位置前移,影响镁合金板带的质量;而将铸轧时间延长到0.465s可以加强熔体和铸辊换热,使得出口区域中心温度达到凝固点。     

SCR工艺参数对A2017半固态合金组织的影响

采用自行设计的SCR实验机制备A2017半固态合金，研究了SCR工艺参数对A2017半固态合金组织的影响。实验结果表明，合金液浇注温度和轧辊冷却水流量共同影响辊靴间隙中半固态合金的固相率，降低浇注温度或者增大冷却水流量，辊靴间隙高固相率合金区间增长，晶粒尺寸变小；减小辊靴间隙或者提高轧辊转速提高合金层流剪切强度，利于枝晶破碎；增大出口半固态浆料冷却速率能有效抑制晶粒继续生长，保留其完整的非枝晶半固态组织。合金液浇注温度为760～780℃，辊靴间隙为4～6mm，轧辊冷却水流量200～300ml／s条件下，SCR技术可获得浆料状A2017半固态合金，凝固后坯料为均匀、细小的非枝晶等轴晶组织，晶粒大小在40～50μm之间，SCR技术是一种制备半固态加工坯料的理想方法。     

变形参数对半固态轧制影响规律的有限元模拟

建立了半固态材料刚 -粘塑性分析模型 ,以高温钢铁材料为研究对象 ,用MARC软件模拟分析了半固态轧制时 ,轧辊辊缝、轧辊转速等变形参数和浆料初始温度对应力场、速度场的影响 ;结合有限元模拟结果 ,进行了半固态实际轧制试验。实际轧制试验表明 ,轧辊辊缝、轧辊转速和浆料初始温度对半固态轧制试验的影响规律基本与有限元模拟一致 ,其中浆料初始流入速度和温度控制是保证半固态轧制过程顺利进行的关键     

Microstructural characteristics of near-liquidus cast AZ91D alloy during semi-solid die casting

Near-liquidus cast ingot was reheated to semi-solid firstly, and then a bracket of motor was prepared by die casting the semi-solid ingot into mould. The microstructural characteristics of AZ91D alloy in these processes were investigated. In the process of near-liquidus casting, primary α-Mg grains tend to be rosette-like because of the increase of plentiful quasi-solid atom clusters in molten alloy with the decrease of pouring temperature. These rosette-like α-Mg grains in ingots fabricated by near-liquidus casting are fused off and refined into near-globular structure owing to the solute diffusion mechanism and the minimum surface energy mechanism during reheating. After semi-solid die-casting, α-Mg grains, located in biscuit, impact and connect with each other; α-Mg grains, located in inner gate, congregate together; while α-Mg grains, located in component, distribute uniformly and become into globularity or strip. Because the inner gate limits the flowing of semi-solid slurry, and the pressure acted on the semi-solid slurry decreases gradually along the filling direction of semi-solid slurry in cavity, microstructural segregation of unmelted α-Mg grains appears along this direction. Shrinkage holes in casting are caused by two different reasons. For biscuit, the shrinkage holes are caused by the blocked access of feeding liquid to the shrinkage zone for the agglomerated unmelted α-Mg grains. For component, the shrinkage holes are caused by the lack of feeding of liquid alloy.     

半固态ZL201合金触变压铸充型过程的模拟与验证

利用AnyCasting软件对半固态ZL201合金触变压铸充型过程进行研究,模拟了不同一级、二级快压射速度,以及不同速度转换位置条件下半固态浆料的流动状态,并通过试验进行了验证.结果表明,随着一级、二级快压射速度的增加,速度转换位置的前移,半固态浆料的流动状态从层流向紊流过渡.对于试验零件,当一级快压射速度为0.1 m/s,二级快压射速度为1 m/s,在充型60％时进行速度转换,能够生产出合格的铸件.     

蛇形通道浇注制备半固态7075铝合金浆料(英文)

采用蛇形通道浇注技术制备半固态7075铝合金浆料,研究浇注温度和弯道数量对半固态7075铝合金浆料微观组织的影响。结果表明:当浇注温度为680~700°C时,可以制备出质量较好的半固态7075铝合金浆料;在相同浇注温度条件下,随着弯道数量的增加,初生α(Al)的平均晶粒尺寸减小,形状因子提高。在浇注制备半固态7075铝合金浆料过程中,合金熔体在具有一定弧度且封闭的蛇形弯道内流动并多次改变流动方向,具有类似"搅拌"的功能,使得初生晶核逐渐演变为球形或近球形晶粒。     

锥桶式流变成形机制备A356铝合金半固态浆料的研究

采用自主研发的锥桶式流变成形机(TBR),研究了浇注温度、内锥桶转速及剪切温度对A356铝合金半固态组织的影响规律。结果表明,适当降低浇注温度、提高内锥桶转速或降低剪切温度,均有利于获得初生相颗粒细小、圆整、分布均匀的半固态组织;当浇注温度为660℃、内锥桶转速为500r/min、剪切温度为590℃时,获得了理想的半固态浆料,其初生固相颗粒平均直径为41μm,形状因子为0.89;半固态组织的形成受到枝晶破碎和枝晶抑制生长两方面因素的共同影响。     

Deformation and microstructure characterization during semi-solid extrusion of Al-4Cu-Mg alloy

Effects of the process parameters, including deformation temperature, punch velocity and extrusion ratio, on the deformation and microstructure characterization during the semi-solid extrusion of Al-4Cu-Mg alloy, were investigated. The experimental results show that the load decreases with an increase of deformation temperature and/or a decrease of punch velocity. When the displacement is more than 4 mm, the load decreases significantly with an increase of the deformation temperature, which is related to the high liquid fraction. The microstructure varies with the process parameters and deformation regions. It can be found that the dynamic recovery occurs during the semi-solid extrusion of Al-4Cu-Mg alloy at lower deformation temperature. Subsequently, the microstructure elongated gradually polygonizes with an increase of deformation temperature. So, the higher deformation temperature should be chosen during the semi-solid extrusion of Al-4Cu-Mg alloy because the grains polygonized and high liquid fractions are beneficial to deformation.     

Preparation of Semi-Solid AlSi7Mg Alloy Slurry

The semi-solid AlSi7Mg alloy slurry of large size was prepared by the low superheat pouring and weak electromagnetic stirring in this paper. The effects of pouring temperature and stirring power on the microstructure of the AlSi7Mg alloy slurry were studied. The results show that the semi-solid AlSi7Mg alloy slurry of 127mm in diameter can be prepared by the low superheat pouring and weak electromagnetic stirring technology and this new technology can save energy and make the pouring process convenient. When the liquid AlSi7Mg alloy is poured at 650 or 630, the solidified microstructure of the AlSi7Mg alloy slurry prepared by the weak electromagnetic stirring is remarkably improved compared with that of the slurry without stirring, the primary -Al grains appear rosette-like or spherical. When the pouring temperature is decreased, the shape of the primary -Al grains is gradually changed from dendritic-like grains to spherical grains. When the pouring temperature is appropriately increased, namely raised to a certain superheat, the pouring process becomes easier and an ideal spherical microstructure of the AlSi7Mg alloy slurry prepared by the weak electromagnetic stirring can also be obtained, in this experiment, when the stirring power is 0.36kW, the optimized pouring temperature parameter is 630.When the AlSi7Mg alloy slurry is prepared by the low superheat pouring and weak electromagnetic stirring, when the pouring temperature is 630,increasing the stirring power appropriately could gain better spherical primary -Al grains,but if the stirring power is increased to a certain value, the shape of the primary 冄-Al grains is not further improved, in this experiment, the optimized stirring power parameter is 0.36kW.     

SCR技术制备A2017合金半固态材料组织演化

采用SCR(shearing-cooling-roll)技术制备了A2017半固态合金, 对合金液在不同温度下进行浇注, 且对辊-靴型腔中合金组织的演化过程进行了跟踪, 分析了SCR过程中凝固形核的热力学条件以及层流剪切特性.结果表明: 随着合金液浇注温度的降低, 坯料内部组织从粗大的枝晶或菊花晶转化为细小的近球形晶.合金液首先在轧辊和靴子表面结晶形核, 在液流冲击及剪切的作用下, 晶核从型壁上脱落进入残余液相形成游离晶; 随着辊-靴型腔内合金固相率的增加, 游离晶在以枝晶方式生长过程中受到层流剪切作用, 二次枝晶臂断裂破碎形成自由晶; 自由晶在层流剪切作用下进一步发生碰撞和摩擦, 最后逐渐趋于球形或椭球形.     

半固态金属流变仪的研制

根据同轴圆筒旋转法粘度测量原理自行研制了1台半固态金属流变仪，并通过测量甘油的粘度来检验流变仪的测量精度。在3个不同温度下测得的甘油绝对粘度值与标准值接近。用该台流变仪研究半固态A356铝合金的流变特性表明：半固态浆料稳态表观粘度随着剪切速率的增大而下降，且浆料温度越低，伪塑性越明显；当固相率小于10％时，在高剪切速率下浆料呈现出牛顿流体的特征；在连续冷却条件下，半固态浆料的表观粘度随着温度的降低而先缓慢后迅速增大，冷却速度显著影响半固态合金的表观粘度。