本文關鍵詞：鎂合金壓鑄工藝數值模擬及缺陷帶形成探討

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【摘要】：鎂合金壓鑄工藝是隨著汽車工業(yè)發(fā)展起來的，目前，絕大多數的鎂合金產品都是壓鑄件，，且鎂在地殼和海洋中都有著豐富的儲存量，用鎂合金代替鋼鐵能起到輕量化的作用。為了擴大壓鑄鎂合金產品的應用范圍，提高其市場競爭力，需其改善壓鑄成型工藝，獲得性能更加優(yōu)良的鎂合金壓鑄件。 利用鑄造模擬軟件ProCAST對鎂合金壓鑄工藝進行計算機數值模擬。設置壓力曲線，初始充型壓力為0.2MPa，增壓比壓為50MPa。當澆注溫度為640℃、模具溫度為180℃，壓射速度為1.6m/s時，充型平穩(wěn)，但鑄件容易產生冷缺陷。當澆注溫度為690℃、模具溫度為220℃，壓射速度為1.6m/s時，充型平穩(wěn)，但鑄件的凝固時間變長，且鑄件體收縮大，易產生縮孔、縮松。當澆注溫度為670℃、模具溫度為200℃，壓射速度分別為1.0m/s及4.5m/s時，充型效果較差，均出現了紊流、飛濺、卷氣等現象。經過多次模擬分析對比，得出合理的壓鑄工藝參數：壓射比壓50MPa，澆注溫度670℃，模具溫度200℃，壓射速度在1.2~4.3m/s范圍內時充型效果良好，凝固時間較短，同時鑄件中縮孔、縮松等鑄造缺陷也少。 通過XRD及SEM-DES分析可知，AM50壓鑄鎂合金由初晶α-Mg基體相和晶界處的α-Mg+β-Mg17Al12共晶相組成。鎂合金壓鑄件的缺陷帶處存在縮松，但是該位置的晶粒細小，平均晶粒大小只有10μm，脆性析出相以網狀分布在晶界處。壓鑄件中心處存在縮孔，晶粒較為粗大且分布不均勻，很多晶粒尺寸達到了40μm，脆性析出相以網狀或島狀分布在晶界處。鑄件表層處的晶粒也較為粗大，很多晶粒尺寸達到了40μm，脆性析出相以點狀或顆粒狀零星分布在晶界處。 探討了缺陷帶的形成機理：壓鑄件中存在的粗大枝晶組織，其中有很大一部分是源于壓室中少量液態(tài)金屬率先結晶，形成了ESCs (Externally Solidified Crystals)顆粒。這種ESCs顆粒隨著金屬液流入型腔，在凝固過程中，ESCs顆粒向鑄件中心處慢慢遷移，作為異質形核的核心生長成粗大的枝晶組織，與正常生長的枝晶相對生長，在兩側枝晶的前端形成糊狀區(qū)，在壓力的作用下糊狀區(qū)產生剪切變形。凝固后期，兩側樹枝晶相互接觸，局部的樹枝晶網絡相互沖突碰撞碎裂，在變形的部位產生了缺陷帶。 統(tǒng)計了60個鎂合金壓鑄棒的室溫拉伸性能，合金的屈服強度在110~140MPa范圍內，抗拉強度在180~250MPa范圍內，延伸率在6~18%范圍內。根據拉伸曲線可知，合金的抗拉強度與延伸率的變化趨勢是一致的，較大的抗拉強度對應著較大的延伸率。觀察合金的掃描斷口形貌，得知AM50壓鑄鎂合金表現為韌性-脆性混合斷裂特征。當壓鑄件中存在氣孔、縮孔、縮松及裂紋等鑄造缺陷時，合金的綜合力學性能會顯著降低；缺陷帶處的脆性析出相含量高并以網狀結構分布于晶界時，也會降低合金的力學性能。
【關鍵詞】：壓鑄鎂合金 數值模擬 工藝參數 縮孔縮松 缺陷帶
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG249.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 鎂合金的特性、分類及應用10-12
• 1.1.1 鎂合金的特點10-11
• 1.1.2 鎂合金的分類11-12
• 1.1.3 鎂合金的應用及發(fā)展概況12
• 1.2 鎂合金壓力鑄造工藝12-14
• 1.2.1 鎂合金壓鑄工藝過程12-14
• 1.2.2 鎂合金壓鑄工藝的特點14
• 1.3 壓鑄工藝對鎂合金組織及性能的影響14-19
• 1.3.1 壓鑄工藝參數的的選擇14-17
• 1.3.2 液態(tài)金屬的充型能力17-18
• 1.3.3 鎂合金凝固方式與組織性能的關系18-19
• 1.4 鎂合金壓鑄工藝過程的計算機數值模擬19-21
• 1.4.1 計算機數值模擬的發(fā)展概況19
• 1.4.2 ProCAST 數值模擬軟件簡介19-21
• 1.5 課題研究的目的、意義及主要內容21-23
• 1.5.1 課題研究的目的及意義21-22
• 1.5.2 課題研究的主要內容22-23
• 第2章 實驗方案及研究方法23-28
• 2.1 實驗樣品及成型工藝24-25
• 2.1.1 實驗樣品材料24
• 2.1.2 鎂合金壓鑄工藝24-25
• 2.2 力學性能測試25
• 2.3 樣品組織分析25-26
• 2.3.1 金相組織觀察25-26
• 2.3.2 XRD 分析26
• 2.3.3 SEM-EDS 觀察和分析26
• 2.4 計算機數值模擬中縮孔縮松預測判據26-28
• 第3章 鎂合金壓鑄工藝數值模擬28-53
• 3.1 AM50 鎂合金壓鑄試棒三維造型及模擬前置處理28-31
• 3.1.1 鎂合金壓鑄試棒三維造型28-29
• 3.1.2 網格劃分29-31
• 3.2 鎂合金試棒壓鑄工藝參數設定31-36
• 3.2.1 模擬參數設置31-32
• 3.2.2 模擬參數設置32-35
• 3.2.3 壓鑄工藝參數的設定35-36
• 3.3 鎂合金試棒壓鑄工藝數值模擬分析36-51
• 3.3.1 工藝參數對比及數值模擬分析36-47
• 3.3.2 工藝參數改進及模擬分析47-51
• 3.4 本章小結51-53
• 第4章 壓鑄鎂合金缺陷帶形成探討及性能研究53-71
• 4.1 缺陷帶形成機制的探討53-63
• 4.1.1 XRD 物相結構分析53
• 4.1.2 顯微組織特征53-56
• 4.1.3 壓室預結晶理論及缺陷帶形成機制56-57
• 4.1.4 SEM-EDS 組織成分分析57-63
• 4.2 壓鑄鎂合金的性能測試63-68
• 4.2.1 壓鑄鎂合金的拉伸力學性能63-66
• 4.2.2 壓鑄鎂合金的拉伸斷口形貌66-68
• 4.3 壓鑄件缺陷對力學性能的影響68-69
• 4.4 本章小結69-71
• 第5章 結論71-73
• 參考文獻73-78
• 致謝78

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

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本文編號：554081