半固态AZ91D镁合金的压缩变形研究

利用Gleeble 1500热模拟机对半固态AZ91D镁合金的变形规律进行了研究．结果表明：当应变速率相同时,变形温度越高,半固态AZ91D镁合金试样的变形应力就越低;当应变速率和变形温度相同时,半固态球状晶试样的压缩变形应力明显低于枝晶试样的压缩变形应力;变形量对半固态压缩试样的应力一应变关系的影响很小．当应变速率为0．1,10s^-1和变形温度为48m-556℃时,球状晶和枝晶试样的稳定压缩应力分别为3—17．13MPa和6—31．6MPa．当变形温度为508℃和应变速率为0．01—20s^-1时,球状晶和枝晶试样的稳定压缩应力分别为4．78-9．09MPa和7．87-26．21MPa。     

AZ91D镁合金的半固态加工研究

研究了AZ91D镁合金热挤压坯料在二次加热过程中的组织演化，探讨了AZ91D合金在二次加热过程中液相产生的机理，给出了液相体积分数与再结晶组织的关系。试验证明：提高二次加热的升温速度可以细化再结晶晶粒，增加一定条件下的液相体积分数，从而改善合金坯料的触变性能。采用半固态工艺压铸了汽车空压机连杆，对压铸件进行了质量评价。     

AZ91D镁合金半固态成形技术研究进展

AZ91D镁合金是工业上应用最为广泛的镁合金之一,文中综述了目前国内外AZ91D镁合金半固态成形技术的研究和应用现状,包括半固态镁合金的微观组织、触变及流变行为、成形工艺及其成形件的性能。并展望了AZ91D镁合金半固态成形技术在我国的发展前景和发展要点。     

半固态镁合金AZ91D变形行为研究

对应变诱发法制得的半固态镁合金AZ91D坯料进行了单向压缩实验,研究了不同工艺参数对半固态镁合金的压缩流变应力的影响。流变应力不仅是变形量和变形温度的函数,而且是应变速率的函数,由此采用回归分析法建立了能综合反映热力参数对流变应力影响的半固态AZ91D合金的粘塑性本构方程,为半固态触变成形的数值模拟奠定了理论基础。     

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.     

新SIMA法制备AZ91D镁合金半固态坯

借助于等径道角挤压试验、镦粗试验、半固态等温处理等试验方法,并利用金相显微镜、SEM等试验分析设备,对原始铸坯、镦粗和等径道角挤压3种加工状态的AZ91D镁合金在等温处理过程中的微观组织演变进行了研究.通过与原始铸坯直接等温处理和镦粗后等温处理生成的半固态坯的微观组织作比较,提出了新SIMA制备AZ91D镁合金半固态坯方法.新SIMA法制备的半固态坯料的微观组织均匀,晶粒球化程度好,晶粒细小,平均晶粒尺寸在20～50 μm之间.随着保温时间的延长,新SIMA法制备半固态坯料的微观组织有长大的现象,其可用Ostwald熟化理论描述.随着等温处理温度的升高,晶粒的尺寸先增加后减小,形状系数接近1.随着材料在ECAE中获得的等效应变的增加,半固态坯料的晶粒尺寸减小.     

铸造工艺对AZ91D镁合金半固态组织制备的影响

研究了金属型、湿砂型和干砂型对AZ91D镁合金半固态组织制备的影响.结果表明:增加冷却速率有利于初始凝固组织中存在的非平衡组织的分散细化.原始组织中的非平衡共晶组织在加热过程中大部分扩散溶解而溶入基体中,剩余部分在加热过程中首先熔化.冷却速率越大或预变形处理以后的试样在熔化过程中更容易发生二次枝晶臂之间的合并.提出半固态熔化过程可分为成分均匀化、共晶熔化和部分初生相的熔化和球化完成三个阶段,不同熔化阶段时,控制性因素不同.熔化后的半固态组织中固态颗粒的尺寸和形貌主要与初始组织的形貌、加热过程中非平衡组织的溶解速度及加热速度有关.     

半固态触变成形AZ91D镁合金卫星角框件

通过对等径道角挤压处理后的AZ91D镁合金坯的触变成形试验，并借助于金相显微镜、Instron材料拉伸试验机等分析手段，对AZ91D镁合金卫星角框件的半固态触变成形工艺进行了研究。研究结果表明：当坯料加热温度为560℃，保温时间为20min，模具预热温度为400℃，保压时间为40s时，强度可达到292MPa，伸长率达到4．8％；触变成形对材料微观组织的影响主要表现为较明显的固液相分离现象，而对制件晶粒形状的影响比较小，在成形过程中，坯料的流动方式是以液相包裹球状固相颗粒的方式进行的；通过固溶处理和自然时效可以提高触变成形后的卫星角框件的强度；当固溶时间为6h，强度提高幅度在10％以上。     

阻尼冷管法制备AZ91D合金半固态浆料的数值模拟

首先简单介绍了一种制备半固态浆料的新工艺-阻尼冷管法,然后建立了流场模拟的三维离散计算模型,选定了数值模拟所采用的湍流模型和表观粘度的流变模型,确定了边界条件和初始条件,并以AZ91D镁合金为例使用CFD软件FLOW3D对合金熔体在阻尼冷管中的流动过程进行模拟,得到了其流场及粘度场分布.所得模拟结果将对后续的现场试验起很好的借鉴作用.     

电磁搅拌下半固态AZ91D镁合金的组织形成

利用电磁搅拌装置、合金熔体淬火方法和EBSD位相显微分析技术,在不同的搅拌功率下,研究了电磁搅拌对半固态AZ91D镁合金微观组织的作用.结果表明,在电磁搅拌条件下凝固,AZ91D镁合金组织中的初生α-Mg得到明显细化,初生α-Mg转变为细小的蔷薇状或球状,EBSD检测表明这些球状初生α-Mg晶粒在空间上大多属于不同的晶粒;电磁搅拌功率是重要的制备参数,搅拌功率越大,半固态AZ91D镁合金组织中的蔷薇状初生α-Mg越少,而球状初生α-Mg越多,晶粒也越细小;在电磁搅拌条件下,AZ91D镁合金熔体的激烈流动导致了较为均匀的温度场和溶质场,也导致了更加剧烈的温度起伏,这些现象导致了半固态AZ91D镁合金组织的形成.     

等温热处理对AZ91D+Ce镁合金半固态组织的影响

研究了等温热处理对AZ91D+Ce镁合金半固态组织的影响,获得了较理想的球状或类球状晶粒组织。结果表明,在等温热处理的过程中,加入稀土Ce会阻碍原子向固相粒子聚集和结合,抑制固相颗粒的长大,形成细小圆整的半固态组织。随等温热处理温度的升高,原子活动能力增强,熔化速度加快,液相量增加,固相颗粒尺寸先减小后增大。在等温初始阶段,熔化对初生固相颗粒尺寸起决定作用,使得颗粒尺寸减小。但是,随等温时间的进一步增加,由于合并粗化和Ostwald熟化的作用,固相颗粒开始长大。     

基于CA-CCA方法定量解析AZ91D镁合金半固态固相率的研究

针对镁合金半固态成形工艺中,初始固相率难以精确确定的问题,以传热学模型和CA-CCA原理为基础,设计制作了一套研究半固态固相率的实验装置,通过实测降温过程中的温度-时间曲线,进行数值解析,实现了半固态固相率与温度定量关系的求解.结果表明,AZ91D合金的固相率对温度的变化极为敏感,且呈非线性关系.当固相率从20%上升至30%时,温度变化仅为6℃左右;而固相率从30%上升至40%时,温度变化仅在7℃左右.因此,对温度进行定量控制是制备高性能AZ91D合金的关键技术之一.     

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.     

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.     

采用热焓平衡旋转磁场装置制备半固态AZ91D镁合金

通过电磁搅拌的AZ91D镁合金液与通有循环冷却水的铜管间的热交换,控制金属液冷却凝固过程中的热焓平衡,制备了半固态流变成形浆料.将所制得的半固态浆料进行金属型浇注及压铸试验,并与传统电磁搅拌试验获取的试样进行对比,观察并分析其金相组织.结果表明,热焓平衡旋转电磁场装置作用下的金属液温度降至液-固两相区内,在金属液内瞬间产生了大量晶核,这样的金属型铸件及压铸件微观组织呈现球形晶及等轴晶形貌.     

半固态AZ91D镁合金压铸过程的数值模拟

采用机械搅拌方式研究了半固态AZ91D合金的流变特性,并根据实验数据,拟合出剪切速率为238s-1时,半固态AZ91D合金的固相体积分数和表观粘度之间的关系式。从流体力学的角度,采用数值技术对半固态AZ91D镁合金的压铸过程进行了研究。数值模拟结果表明,半固态浆料温度为550℃、模具温度为300℃、压铸速度为1m/s时,该文所设计的压铸件的压铸过程能很好地进行。同时,该研究工作能为分析压铸成形过程提供有益的信息。     

半固态AZ91D镁合金制备工艺的研究

研究了添加微量Sr并控制合金的浇注温度制备半固态AZ91D镁合金的工艺,考察了不同的Sr含量和浇注温度对合金凝固组织的影响及部分重熔后合金的微观组织.研究结果表明:通过添加微量的Sr并降低合金的浇注温度,可以获得非枝晶组织的半固态合金坯料;随着Sr含量的增加或浇注温度的降低,合金的晶粒尺寸逐渐减小,其初生相由枝晶向蔷薇状品体转变;添加0.1wt%的Sr,610℃下浇注的合金经过部分重熔后,初生相为球状或颗粒状,基本具备触变过程所需要的组织状态.     

半固态等温热处理AZ91D镁合金的显微组织及压缩变形行为

研究了AZ91D镁合金半固态等温热处理后的组织及其压缩变形行为。结果表明,AZ91D镁合金经570℃×60min半固态等温热处理后,枝晶组织特征已不明显。此外,AZ91D镁合金经570℃×60min半固态等温热处理后,半固态压缩应力在压缩应变近似为0.025时达到最大值,然后随着压缩应变的增加而逐渐减小,最后几乎保持不变;进一步,其半固态压缩变形应力还随着变形温度降低或变形速率增加而增加。     

等径道角挤压AZ91D镁合金的半固态组织演变

通过半固态重熔实验,并利用金相显微镜,对等径道角挤压AZ91D镁合金的半固态组织演变进行了研究.结果表明:等径道角挤压后二次加热等温处理是一种适于AZ91D镁合金的制坯方法,加热温度对坯料的组织有很大影响.当保温时间一定时,随着加热温度的升高,先是球化效果越来越好,后来发生晶粒合并长大现象,晶粒尺寸也会逐渐长大,当保温时间为15 min,加热温度为560℃时,二次加热组织最好;当加热温度一定时,随着保温时间的延长,晶粒尺寸有长大的趋势,当加热温度为560℃,保温时间为15 min时组织球化效果最好,晶粒最细小;当加热温度和保温时间一定时,随着挤压次数的增加,二次加热组织的晶粒尺寸减小.     

Al—Ti—B对AZ91D镁合金半固态等温热处理组织的影响

通过对等温热处理温度和保温时间等工艺参数的控制,研究变质剂Al-Ti-B对AZ91D镁合金半固态等温热处理组织的影响.结果表明:随着等温时间的延长,未变质处理的镁合金组织将由树枝晶变成近球状组织,变质处理的镁合金组织将由树枝晶变成细小的球状组织,都将逐渐的合并长大.保温温度越高,半固态重熔和a相演变过程越快,粗化长大后,晶粒间的合并现象越严重;保温温度过高或保温时间过长,试样易发生变形,同时,球状晶粒也容易趋于长大.但经过Al-Ti-B变质处理,其组织越细,越易获得良好的非枝晶组织,需要热处理的时间越短或温度越低.