搅拌作用下半固态AZ91D合金组织的数学描述

分析了搅拌速度和二次冷却速度对半固态AZ91D合金组织平均尺寸和形状因子的影响,将搅拌速度与二次冷却速度作为凝固组织演变的主要因素。分析发现,增加搅拌速度对细化初生相颗粒、提高颗粒圆整度是有利的;而提高冷却速度虽有利于细化晶粒,但不利于提高颗粒圆整度。应用多元非线性回归方法描述凝固组织随搅拌速度与二次凝固速率的关系建立了相关的本构方程,为获取理想凝固组织提供理论参考。

注射成形增强半固态AZ91D镁合金的组织及性能

为了研究半固态注射成形技术对AZ91D镁合金显微组织、力学性能以及腐蚀行为的影响,通过对半固态注射成形镁合金进行热处理及电化学腐蚀分析,研究了镁合金成形件在注射成形中与热处理后的组织及性能变化。结果表明,相对于压铸镁合金,半固态注射成形镁合金的组织均匀、力学性能优良、晶粒细小且平均晶粒尺寸为20~30μm,能获得质量良好的显微组织。镁合金的热处理对晶界第二相的数量和分布有较大影响,能作用于材料性能。经时效处理后,镁合金硬度从63.47 HV提高到74.05 HV,抗拉强度从125.56 MPa提高到150.91 MPa,抗拉强度提高了20.2%。在质量分数为3.5%的NaCl溶液的电化学腐蚀中,合金的自腐蚀电位为-959.56 mV,经固溶+时效处理后,自腐蚀电位先升高到-927.55 mV后下降至-988.94 mV,耐腐蚀性能先增高后降低。

电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D镁合金组织的影响

研究了电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D合金组织的影响规律.结果表明:电磁搅拌条件下半固态AZ91D合金组织的固相颗粒为蔷薇状或粒状α-Mg,随电磁搅拌功率的增大,蔷薇状形态逐渐消失,固相颗粒形态趋于粒状和圆整;在实验范围内,随电磁搅拌电源频率的增大,半固态AZ91D合金组织中固相颗粒形态越来越圆整.这主要是由于电磁搅拌条件下半固态AZ91D合金组织的形成机理是以枝晶臂熔断为主,而在高频率下的电磁搅拌过程中,在搅拌室产生的集肤效应使得表面和中心出现宏观温度差,从而加强了固相颗粒随流场运动时的温度起伏,最终加速了枝晶的熔断.

AZ91D镁合金半固态浆料制备的研究

采用AZ91D镁合金为试验原料 ,用自行研制的新型半固态浆料设备及直接流变成形装置为试验设备 ,研究不同温度、剪切速率下半固态组织的变化规律 ,并与常规铸造组织相比较。研究表明 :适量提高剪切速率或降低温度 ,半固态组织的固相颗粒会变得细小、均匀和圆整。同时 ,对新型装置制备半固态组织的机理进行了研究。

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。

AZ91D镁合金近液相线铸造半固态坯料的部分重熔

对近液相线铸造AZ91D镁合金半固态坯料进行部分重熔,通过改变部分重熔时的加热温度和保温时间来研究其微观组织的演化规律.结果表明,适当控制加热温度和时间,坯料部分重熔时可获良好的触变结构,且坯料铸造时的高冷却速率因促进了坯料组织细化和蔷薇化而在部分重熔时加快固相颗粒球化进程并使球化效果改善;坯料在近液相线温度静置30 min用水冷铁模浇注时,在 575-580℃,保温15-30min可获得较理想的重熔结构;而用石墨模浇注时,则为580℃保温15-30 min.研究还表明,重熔组织演化过程分球化预备、固相颗粒细化和球化及固相颗粒长大3个阶段.该进程是溶质和空位扩散以及相界面张力共同作用的结果.其中,前者在初期、后者在中后期起支配作用.

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 。

电磁搅拌对半固态AZ91D镁合金组织的影响

研究了电磁搅拌参数对连续冷却条件下AZ91D镁合金组织的影响.结果表明:当电磁搅拌的频率达到或高于50Hz时,半固态AZ91D镁合金浆料或坯料组织中的球状初生固相越来越多,越来越圆整;在电磁搅拌频率为200Hz和冷却速率较低的条件下,搅拌的功率越大,半固态AZ91D镁合金组织中的球状初生固相越多,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较为均匀的温度场和溶质场、更加剧烈的温度起伏,促进了半固态AZ91D镁合金球状组织的形成.半固态重熔加热使半固态AZ91D镁合金坯料初生固相的形态发生进一步的球化.

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。

直流电流作用下AZ91D镁合金半固态等温处理过程中的组织演变

考察了直流电流密度、等温温度及等温时间对 AZ91D 镁合金半固态组织的影响,对电流影响组织演变的机理进行了探讨．实验结果表明：当等温温度和等温时间一定时,随着电流密度的增加,初生相变得圆整,初生相的尺寸有所减小．但电流密度过高时,初生相尺寸有所增加．直流电流可以加速半固态等温处理的组织演化过程,明显改善枝晶球化效果．直流电流增加扩散激活能,增大溶质原子的扩散系数,促进溶质原子的扩散,从而加速半固态等温过程的组织演化；直流电流作用下的电迁移效应、 Joule 热效应和 Peltier 效应都将促进枝晶的熔断和球化．

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。

半固态AZ91D镁合金触变注射成形过程数值模拟及参数优化

为研究半固态浆料触变注射成形过程中,料筒温度、注射速度、模具温度以及螺杆转速对半固态合金产品的质量和性能的影响,利用拟合的初始粘度和极限剪切粘度关系式,基于Carreau粘度模型,模拟了不同工艺条件下的半固态AZ91D镁合金触变注射成形过程。结果表明,料筒温度和螺杆转速可以影响浆料的粘度并对后续成形过程中的其它参数产生影响。而注射速度主要对喷嘴和浇口的剪切作用有影响,模具温度对实验结果影响不大。通过对模拟实验结果的分析,优化的工艺参数条件下,浆料的充型过程平稳、顺利、完全充型,结果参数变化较大部位均集中在浇口部位,壳体部位各结果参数变化较小,且分布均匀。

半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程的数值模拟

以半固态AZ91D镁合金浆料的流变性能的实验研究为基础，通过曲线拟合的方法建立半固态AZ91D镁合金的表观粘度的触变模型．根据此触变模型开发了半固态AZ91D镁合金触变压铸充型过程中的表观粘度计算程序，并嵌入在Castsoft软件中，实现了半固态AZ91D镁合金触变压铸过程的流场和温度场的模拟计算．模拟结果表明：充填速度和浆料温度对半固态AZ91D镁合金浆料的充填过程有显著影响，最佳充填速度的范围为2～5m·s^-1，半固态浆料的最佳温度范围为570～580℃．

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2.7m/s,压射比压在40MPa以上。

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15min,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15min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。

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。

机械搅拌法对半固态AZ91D镁合金显微组织的影响

利用自行开发的一种新型的半固态轻合金制备与直接流变成形装置,研究了剪切温度、剪切速率及压力等工艺对合金微观组织的影响。结果表明:剪切作用不但改变了基体相α-Mg的形态,而且改变了相的分布,即晶粒细化沉淀析出的α-Mg和β-Mg17Al12共晶组织趋向于更均匀地沿晶分布,几乎在α-Mg晶粒周围形成连续的网状结构;在高剪切速率下,半固态颗粒的形态圆整度有很大的提高,并且均匀分布在合金基体中;剪切温度低时,组织中固相率较高,且固相颗粒也较细小均匀;在半固态AZ91D镁合金冷却成形时,施加适当的压力更有利于组织细化和性能提高。

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α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。

AZ91D镁合金组织细化及其对部分重熔半固态组织的影响

通过对熔体进行高强度剪切处理,研究了其对AZ91D镁合金的组织细化作用,获得了不同的铸锭组织,并研究了铸锭初始组织对二次加热后组织的影响.结果表明,熔体高强度剪切处理具有显著的晶粒细化作用,在650℃对熔体高强度剪切处理后,AZ91D镁合金铸锭平均晶粒尺寸由500μm降到170μm.降低熔体处理温度至605℃,组织得到进一步细化,平均晶粒尺寸约为60μm.原始组织大小对二次加热后组织的大小、液相分布具有重要的影响.熔体高强度剪切处理对AZ91D镁合金铸锭的晶粒细化作用在二次加热后能够基本保留下来.在相同的加热条件下,均匀细小的原始组织有利于获得更高的有效液相分数和更趋于球形的晶粒组织.

半固态AZ91D镁合金的压缩变形研究

利用Gleeble1500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-应变关系的影响很小.当应变速率为0.1,10 s-1和变形温度为480-556℃时,球状晶和枝晶试样的稳定压缩应力分别为3-17.13 MPa和6-31.6 MPa.当变形温度为508℃和应变速率为0.01-20 s-1时,球状晶和枝晶试样的稳定压缩应力分别为4.78-9.09 MPa和7.87-26.21 MPa.