铝合金半固态电磁搅拌数值模拟及实验研究
这是一篇关于半固态,电磁搅拌,ANSYS,电磁场,流速场的论文, 主要内容为金属半固态成形技术具有组织致密、夹气少，性能优异、且属于近终型成形，因此该技术在许多工业，尤其是在汽车工业具有广泛的应用前景。同时金属半固态成形技术又是一门跨传热学、流体力学，材料力学以及计算数学等多学科的材料加工制备的先进技术，因而具有较高的理论研究价值。铝合金半固态成形件由于具有重量轻，比强度高，且可回收利用的优点，因此是研究最为广泛的半固态成形金属材料之一。 本研究的目的是通过计算机模拟来优化实验工艺参数，并结合实验研究找出电磁搅拌过程中流体的运动特征和规律。 本文首先对电磁搅拌过程进行建模及电磁场和流速场的耦合模拟，得到了电磁场分布和流速场分布。从电磁场分布情况来看，电磁场的磁感线在靠近线圈附近的区域最密集。从熔体表面向里，磁感线密度越来越小。而磁感线密度跟磁场强度成正比，所以磁场强度从熔体表面向里逐渐减小。从流速场分布情况来看，在熔体内部竖直方向上存在两个高度相等的漩涡，该结果与电磁搅拌的原理及实验结果相一致，因此模拟出的结果切合实际。熔体内部流动速度最大值出现在熔体区域的右上角和右下角处，较大的流动速度只出现在几个节点处，其他大部分区域的流动速度都比较均衡，熔体内部的流动速度最小值出现在中心附近。模拟中分别分析了流速场随搅拌频率、电流密度、搅拌时间、搅拌温度和流体粘度改变而变化的基本规律。 确定了实验仪器以及实验参数，将ZL107熔化，并分别采用不同的搅拌频率和功率进行电磁搅拌。观察几种搅拌工艺下所得到的材料的显微组织。在电磁力的作用下，熔体内部产生强烈的对流运动，枝晶被打断，晶粒间不断发生碰撞和摩擦，使晶粒变得圆整，组织致密，满足了半固态浆料的制备的要求。随着频率和功率的升高，搅拌电磁力增大，所得组织更加细密，颗粒更加圆整。
AZ91D镁合金半固态组织及其触变注射成型工艺参数的研究
这是一篇关于AZ91D 合金,半固态,触变注射,固相率,料筒温度,回料转速的论文, 主要内容为为了体现AZ91D 半固态组织的特点,将半固态成形的组织和液态压铸组织进行了比较,比较结果表明:半固态组织是在细小的枝晶组织的基础上分布着数量不等的固相颗粒。其中,半固态组织的晶界相组成与压铸基本相同,组织更为细小,没有明显的气孔等缺陷存在。细小的组织和固相颗粒的存在均有利于提高镁合金铸件的力学性能和表面抗腐蚀性能。 为了考察料筒温度和回料转速对半固态AZ91D 的组织和性能的影响,固定其它工艺参数,分别调整料筒温度和回料转速,实验结果表明:料筒温度对固相率起着关键作用;料筒温度对触变注射镁合金的相成份没有影响。随着料筒温度的升高,AZ91D 的强度和延伸率升高,料筒温度为595-600℃时,AZ91D的力学性能比较好,而且塑性也比较高,在该温度范围内的孔隙率〈10%,对产品的断裂并不占主导作用,所以在生产薄壁产品时料筒温度应控制在595-600℃范围内。 回料转速的变化,主要引起了固相形状的改变;回料转速提高AZ91D 的强度和延伸率也随之增加,当回料转速在105-168r/min 范围内其强度和塑性都比较好,在生产薄壁产品时回料转速应控制在105-168r/min。回料转速变化时,触变注射AZ91D 镁合金的性能对固相率有一定的依赖性。
建立半固态AZ61镁合金的本构关系及触变挤压成形
这是一篇关于半固态,AZ61镁合金,本构关系,触变挤压,数值模拟的论文, 主要内容为半固态金属成形方法作为21世纪最具有发展前途的近净成形技术之一。它与传统液态铸造相比：成形温度低，延长模具寿命，改善生产条件和环境，提高组织致密性和成品的机械性能；与传统固态塑性加工相比，变形抗力低，降低能耗和成本，对于复杂的零件，可一次成形，提高生产率。 本文采用SIMA法制备半固态AZ61镁合金，利用Gleeble-1500热模拟试验机分别对半固态镁合金AZ61和常规铸态试样在不同变形温度、应变速率下进行单向压缩试验。研究表明：半固态AZ61镁合金在高固相率下进行触变压缩时，变形抗力主要为克服颗粒滑动及颗粒塑性变形，变形机制以颗粒滑动及颗粒塑性变形为主。在触变压缩变形时，在相同应变速率条件下，随着变形温度的提高，变形抗力显著减少：在相同变形温度下，随着应变速率的升高，真实应力的峰值愈大。半固态变形抗力明显低于常规铸态时的变形抗力。 应用多元非线性回归方法建立半固态AZ61合金的本构关系：σ=exp(25-11560／T)·(?)Z0.026·εZ-0.09·(1-βfL)7.655，为AZ61半固态镁合金加工过程的数值模拟和热力参数的合理制订与控制提供了基础。通过数理统计软件SPSS进行回归系数与统计检验指标的计算，得到的回归方程具有显著意义。而且多元非线性回归计算曲线和实验曲线拟合良好。 设计并制造触变挤压模具，进行了半固态AZ61镁合金触变挤压实验，研究了不同成形工艺参数对变形力的影响。在触变挤压变形时，挤压温度越高，变形力越小；挤压速度越快，变形力越大。 利用DEFORM-3D塑性有限元软件对半固态AZ61触变挤压成形进行了数值模拟。通过对触变挤压成形实验和触变成形过程模拟结果的对比可知，二者拟合的较好，说明本刚—粘塑性本构关系式和触变挤压成形实验的工艺参数对实际应用具有重要的参考价值。 运用半固态金属触变塑性成形上限法，对半固态金属触变挤压过程进行了上限分析。经实验验证，所获计算结果与实验值吻合，可用于指导半固态金属触变挤压工艺实践。
预变形法制备7075铝合金坯料的半固态微观组织演变规律及形成机制
这是一篇关于7075铝合金,挤压变形,再结晶,半固态,微观组织的论文, 主要内容为半固态成形作为一种新型的近净成形技术,它结合了液态金属成形性好和固态金属加工成形零件机械性能好等优点,特别适合类似于7075这类固液区间较大、熔点高或强度大的合金。为了实现半固态触变成形,首先要制备出具有触变性的非枝晶组织半固态坯料。塑性预变形半固态坯料制备方法众多,而对该类方法制备半固态坯料微观结构形成机制缺乏系统认识。因此,本课题以7075铝合金为研究对象,采用挤压方法在该合金再结晶温度下(RAP法)和再结晶温度上(SIMA法)进行挤压制备半固态坯料,定量研究了合金在半固态温度区间的组织演变规律,并考察了不同塑性变形方法对半固态组织演变的影响机制。RAP法通过塑性预变形获得沿挤压方向的纤维组织。在半固态温度区间,半固态处理实验结果表明:1)当将坯料加热至半固态温度区间后,形变晶粒发生部分再结晶,逐渐转变成近球形的等轴晶,随后晶粒出现长大和球化;2)预变形的挤压温度越低、变形量越大,则获得的半固态坯料中未熔固相越细小、圆整;3)重熔过程中,半固态晶粒尺寸随着保温温度的增加和保温时间的延长逐渐增大,保温温度越高晶粒的球化速度越快;4)当挤压比为25、挤压温度为250℃,保温温度为620℃、保温时间为10min时,获得的半固态坯料组织最佳,未熔固相的平均晶粒尺寸为35μm,形状系数为0.74。SIMA法首先通过塑性变形获得了部分再结晶组织。半固态等温处理结果表明:1)半固态保温温度和时间与晶粒大小的关系和RAP法的一样,只是相同保温条件下其晶粒的球化速度比RAP法的慢一些;2)在半固态保温过程中,其微观组织中晶粒发生明显的长大和球化。3)保温温度和时间分别为620℃和10min时,所获得的半固态组织最佳。未熔固相的平均晶粒尺寸为53μm,形状系数为0.72。对比研究RAP法、SIMA法和FSP法制备的7075铝合金半固态坯料的微观结构可知:1)再结晶程度高的FSP法制备的7075铝合金半固态组织能在短时间内获得固相晶粒细小、圆整的半固态坯料;2)相比于SIMA法,RAP法所制备的半固态坯料中未熔固相更为细小、圆整,主要是因为采用RAP法所制备制备坯料预变形存储能量大,在半固态保温初期中发生了大面积的再结晶;3)半固态坯料未熔固相的粗化行为与坯料的再结晶密切相关。再结晶程度越高,未熔固相晶粒的Ostwald长大机制所占比例越高;4)半固态坯料质量的高低受保温过程中初始坯料的再结晶行为密切相关,再结晶程度越高,则所获得未熔固相晶粒越细小、圆整。
建立半固态AZ61镁合金的本构关系及触变挤压成形
这是一篇关于半固态,AZ61镁合金,本构关系,触变挤压,数值模拟的论文, 主要内容为半固态金属成形方法作为21世纪最具有发展前途的近净成形技术之一。它与传统液态铸造相比：成形温度低，延长模具寿命，改善生产条件和环境，提高组织致密性和成品的机械性能；与传统固态塑性加工相比，变形抗力低，降低能耗和成本，对于复杂的零件，可一次成形，提高生产率。 本文采用SIMA法制备半固态AZ61镁合金，利用Gleeble-1500热模拟试验机分别对半固态镁合金AZ61和常规铸态试样在不同变形温度、应变速率下进行单向压缩试验。研究表明：半固态AZ61镁合金在高固相率下进行触变压缩时，变形抗力主要为克服颗粒滑动及颗粒塑性变形，变形机制以颗粒滑动及颗粒塑性变形为主。在触变压缩变形时，在相同应变速率条件下，随着变形温度的提高，变形抗力显著减少：在相同变形温度下，随着应变速率的升高，真实应力的峰值愈大。半固态变形抗力明显低于常规铸态时的变形抗力。 应用多元非线性回归方法建立半固态AZ61合金的本构关系：σ=exp(25-11560／T)·(?)Z0.026·εZ-0.09·(1-βfL)7.655，为AZ61半固态镁合金加工过程的数值模拟和热力参数的合理制订与控制提供了基础。通过数理统计软件SPSS进行回归系数与统计检验指标的计算，得到的回归方程具有显著意义。而且多元非线性回归计算曲线和实验曲线拟合良好。 设计并制造触变挤压模具，进行了半固态AZ61镁合金触变挤压实验，研究了不同成形工艺参数对变形力的影响。在触变挤压变形时，挤压温度越高，变形力越小；挤压速度越快，变形力越大。 利用DEFORM-3D塑性有限元软件对半固态AZ61触变挤压成形进行了数值模拟。通过对触变挤压成形实验和触变成形过程模拟结果的对比可知，二者拟合的较好，说明本刚—粘塑性本构关系式和触变挤压成形实验的工艺参数对实际应用具有重要的参考价值。 运用半固态金属触变塑性成形上限法，对半固态金属触变挤压过程进行了上限分析。经实验验证，所获计算结果与实验值吻合，可用于指导半固态金属触变挤压工艺实践。
建立半固态AZ61镁合金的本构关系及触变挤压成形
这是一篇关于半固态,AZ61镁合金,本构关系,触变挤压,数值模拟的论文, 主要内容为半固态金属成形方法作为21世纪最具有发展前途的近净成形技术之一。它与传统液态铸造相比：成形温度低，延长模具寿命，改善生产条件和环境，提高组织致密性和成品的机械性能；与传统固态塑性加工相比，变形抗力低，降低能耗和成本，对于复杂的零件，可一次成形，提高生产率。 本文采用SIMA法制备半固态AZ61镁合金，利用Gleeble-1500热模拟试验机分别对半固态镁合金AZ61和常规铸态试样在不同变形温度、应变速率下进行单向压缩试验。研究表明：半固态AZ61镁合金在高固相率下进行触变压缩时，变形抗力主要为克服颗粒滑动及颗粒塑性变形，变形机制以颗粒滑动及颗粒塑性变形为主。在触变压缩变形时，在相同应变速率条件下，随着变形温度的提高，变形抗力显著减少：在相同变形温度下，随着应变速率的升高，真实应力的峰值愈大。半固态变形抗力明显低于常规铸态时的变形抗力。 应用多元非线性回归方法建立半固态AZ61合金的本构关系：σ=exp(25-11560／T)·(?)Z0.026·εZ-0.09·(1-βfL)7.655，为AZ61半固态镁合金加工过程的数值模拟和热力参数的合理制订与控制提供了基础。通过数理统计软件SPSS进行回归系数与统计检验指标的计算，得到的回归方程具有显著意义。而且多元非线性回归计算曲线和实验曲线拟合良好。 设计并制造触变挤压模具，进行了半固态AZ61镁合金触变挤压实验，研究了不同成形工艺参数对变形力的影响。在触变挤压变形时，挤压温度越高，变形力越小；挤压速度越快，变形力越大。 利用DEFORM-3D塑性有限元软件对半固态AZ61触变挤压成形进行了数值模拟。通过对触变挤压成形实验和触变成形过程模拟结果的对比可知，二者拟合的较好，说明本刚—粘塑性本构关系式和触变挤压成形实验的工艺参数对实际应用具有重要的参考价值。 运用半固态金属触变塑性成形上限法，对半固态金属触变挤压过程进行了上限分析。经实验验证，所获计算结果与实验值吻合，可用于指导半固态金属触变挤压工艺实践。
半固态5083铝合金压缩行为及触变轧制研究
这是一篇关于半固态,5083铝合金,热压缩,二次加热重熔,触变轧制的论文, 主要内容为半固态金属成形技术自20世纪70年代被提出以来,得到了飞速的发展,现已被誉为21世纪最具有发展前景的近净成形技术之一。该技术打破了传统的液态成形和固态塑性变形的模式,将半固态金属坯料加热到半固态温度区间进行成形,使其具有独特的变形特性和优势。相比于传统的铸造成形工艺,其加工温度低、可以延长模具寿命、改善生产条件和环境、成形性能好；较之锻压成形工艺,其变形抗力低、流动充型性能好、对于复杂零件可一次成形,提高生产率。 本文以宽冷凝温度区间的5083铝合金为研究对象,研究了如何采用应变诱导熔化激活(SIMA)法制备半固态坯料,并基于Gleeble3500热压缩模拟试验机分别对铸态和半固态5083铝合金半固态温度区间压缩行为及组织特性进行了分析,此外,对该合金半固态二次加热重熔及触变轧制成形工艺也做了相关研究。 研究结果表明：采用大挤压比热挤压为预变形方式的SIMA法可以制备出较理想的5083铝合金半固态坯料,优化的工艺参数为：挤压比为17.36左右,等温温度为605～610℃,保温时间为15～20min。SIMA法制备5083铝合金半固态坯料时,Mn元素的分布基本不受等温热处理温度影响,但Al、Mg元素的分布受温度影响较大,在晶界处偏聚的低熔点相主要由Mg元素构成。5083铝合金半固态非枝晶组织形成过程中,在加热阶段,晶粒一方面发生回复再结晶,另一方面偏聚在晶界处的低熔点液相会渗入小角度晶界中,使晶粒发生分离和破碎；在保温阶段,分离破碎的晶粒在原子扩散与表面张力等驱动力的作用下发生球化,晶粒长大的机制主要是Ostwald熟化和晶粒合并长大共同起作用。 5083铝合金半固态热压缩实验结果表明：当其它变形条件相同时,随着变形温度的升高和应变速率的降低,半固态压缩应力也随之降低,且应变速率对应力－应变曲线形状影响较大。在半固态温度区间压缩变形时,该合金铸态坯料整体应力水平明显高于SIMA法制备的半固态坯料；而在固态温度区间内高温压缩变形时,二者曲线特征相似,半固态坯料没有明显优势。当两种不同状态5083铝合金在半固态温度区间内压缩变形时,存在三个典型变形区域,半固态坯料组织中液相均匀分布于各晶粒晶界处,而铸态坯料组织中液相分布位置很不均匀,半固态5083铝合金压缩变形后试样的致密度和均匀性好于铸态材料。 二次加热结果表明：晶粒形状以及液相率受二次加热保温时间影响不大,主要受温度影响；二次加热保温时间主要影响晶粒尺寸大小,保温时间过长,会导致半固态晶粒粗大,不利于半固态成形,较理想的SIMA法制备5083铝合金半固态坯料二次加热保温时间为30-40min。 一道次触变轧制实验结果表明：触变轧制过程中,球状初生固相颗粒与液相发生了分离,球状初生固相颗粒集中在板材中部,而液相在压力作用下流向板材边部；通过一道次触变轧制可以获得抗拉强度为264.45MPa,延伸率为27.51%的5083铝合金板材。对于5083铝合金,轧制温度控制在600℃C左右较好；且轧制板材的抗拉强度和延伸率随轧制变形量的增大而增大,但当轧制变形量达到80%时,板材边部会产生开裂。5083铝合金触变轧制板材的断裂方式为微孔聚集型的韧性断裂。 触变轧制板材冷轧实验结果表明：冷轧后板材的抗拉强度得到明显的提升,比冷轧前平均提高70MPa左右,但延伸率有所下降,只有9～10%。
Er对A356合金铸态及半固态组织的变质作用研究
这是一篇关于Er,A356合金,半固态,变质的论文, 主要内容为半固态成形(SSM)是一种优于传统固态金属成形和液态金属成形的近终成形技术。亚共晶铝硅合金中初生α-Al相和共晶硅相的尺寸和形貌决定了半固态成形零部件的最终性能。本文采用金相显微镜、定量金相分析、X射线衍射、热分析技术、扫描电镜和透射电镜等分析手段研究了稀土Er对A356亚共晶铝硅合金铸态及半固态组织的变质作用,结果表明: Er能减小铸态A356合金的二次枝晶臂间距(DAS),细化铸态晶粒,使枝晶趋于等轴化。Er的加入增加了异质形核核心,使半固态组织中初生α-Al相百分比升高,增大了α-Al相凝固区间,拓宽了两相区温度区间,降低半固态浆料制备过程中对温度的要求,节约工艺控制成本。 共晶硅相形貌的改变能改善半固态浆料的流动性。Er对共晶硅相有显著的变质效果,添加0.3%的Er就能使共晶硅由粗大的针片状变为细小的纤维状。Er的变质具有一个临界冷却速率,其变质效果随冷却速率的增大而增强。由于Er能显著降低共晶形核及长大的温度,提高共晶再辉温度,使硅相形核困难,共晶Al晶粒先于共晶硅形核,硅相被迫只能在共晶Al晶粒之间形核,从而形成纤维状的形态。 通过添加稀土Er控制晶粒的形核与长大,可以制备出具有细小、圆整球形颗粒的半固态浆料,浆料的固相率在0至0.45之间。半固态初生相的圆整度随Er含量的增大而增大,Er含量增加至0.5%时初生相圆整度达到最大值。Er对剩余液相二次凝固产生的初生α2-Al相也有很大的影响,能使初生α2-Al相由树枝晶变为细小的球状晶。 添加0.3%的Er使合金的拉伸性能明显提高,但继续增加Er含量,合金中出现富Er相,主要以针状和块状形貌存在,对合金的性能有不利影响。因此,稀土Er最佳添加量为0.3%。对合金时效制度的研究发现,在180oC时效6h合金可获得最大的硬度值。合金在时效处理过程中的强化作用仍来自于强化相Mg2Si,Al-Er金属间化合物在此过程中对合金强度的提高不大。
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