镁合金压铸工艺数值模拟及缺陷带形成探讨

发布时间：2017-07-17 14:33

  本文关键词：镁合金压铸工艺数值模拟及缺陷带形成探讨

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【摘要】：镁合金压铸工艺是随着汽车工业发展起来的，目前，绝大多数的镁合金产品都是压铸件，，且镁在地壳和海洋中都有着丰富的储存量，用镁合金代替钢铁能起到轻量化的作用。为了扩大压铸镁合金产品的应用范围，提高其市场竞争力，需其改善压铸成型工艺，获得性能更加优良的镁合金压铸件。 利用铸造模拟软件ProCAST对镁合金压铸工艺进行计算机数值模拟。设置压力曲线，初始充型压力为0.2MPa，增压比压为50MPa。当浇注温度为640℃、模具温度为180℃，压射速度为1.6m/s时，充型平稳，但铸件容易产生冷缺陷。当浇注温度为690℃、模具温度为220℃，压射速度为1.6m/s时，充型平稳，但铸件的凝固时间变长，且铸件体收缩大，易产生缩孔、缩松。当浇注温度为670℃、模具温度为200℃，压射速度分别为1.0m/s及4.5m/s时，充型效果较差，均出现了紊流、飞溅、卷气等现象。经过多次模拟分析对比，得出合理的压铸工艺参数：压射比压50MPa，浇注温度670℃，模具温度200℃，压射速度在1.2~4.3m/s范围内时充型效果良好，凝固时间较短，同时铸件中缩孔、缩松等铸造缺陷也少。 通过XRD及SEM-DES分析可知，AM50压铸镁合金由初晶α-Mg基体相和晶界处的α-Mg+β-Mg17Al12共晶相组成。镁合金压铸件的缺陷带处存在缩松，但是该位置的晶粒细小，平均晶粒大小只有10μm，脆性析出相以网状分布在晶界处。压铸件中心处存在缩孔，晶粒较为粗大且分布不均匀，很多晶粒尺寸达到了40μm，脆性析出相以网状或岛状分布在晶界处。铸件表层处的晶粒也较为粗大，很多晶粒尺寸达到了40μm，脆性析出相以点状或颗粒状零星分布在晶界处。 探讨了缺陷带的形成机理：压铸件中存在的粗大枝晶组织，其中有很大一部分是源于压室中少量液态金属率先结晶，形成了ESCs (Externally Solidified Crystals)颗粒。这种ESCs颗粒随着金属液流入型腔，在凝固过程中，ESCs颗粒向铸件中心处慢慢迁移，作为异质形核的核心生长成粗大的枝晶组织，与正常生长的枝晶相对生长，在两侧枝晶的前端形成糊状区，在压力的作用下糊状区产生剪切变形。凝固后期，两侧树枝晶相互接触，局部的树枝晶网络相互冲突碰撞碎裂，在变形的部位产生了缺陷带。 统计了60个镁合金压铸棒的室温拉伸性能，合金的屈服强度在110~140MPa范围内，抗拉强度在180~250MPa范围内，延伸率在6~18%范围内。根据拉伸曲线可知，合金的抗拉强度与延伸率的变化趋势是一致的，较大的抗拉强度对应着较大的延伸率。观察合金的扫描断口形貌，得知AM50压铸镁合金表现为韧性-脆性混合断裂特征。当压铸件中存在气孔、缩孔、缩松及裂纹等铸造缺陷时，合金的综合力学性能会显著降低；缺陷带处的脆性析出相含量高并以网状结构分布于晶界时，也会降低合金的力学性能。
【关键词】：压铸镁合金 数值模拟 工艺参数 缩孔缩松 缺陷带
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG249.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 镁合金的特性、分类及应用10-12
• 1.1.1 镁合金的特点10-11
• 1.1.2 镁合金的分类11-12
• 1.1.3 镁合金的应用及发展概况12
• 1.2 镁合金压力铸造工艺12-14
• 1.2.1 镁合金压铸工艺过程12-14
• 1.2.2 镁合金压铸工艺的特点14
• 1.3 压铸工艺对镁合金组织及性能的影响14-19
• 1.3.1 压铸工艺参数的的选择14-17
• 1.3.2 液态金属的充型能力17-18
• 1.3.3 镁合金凝固方式与组织性能的关系18-19
• 1.4 镁合金压铸工艺过程的计算机数值模拟19-21
• 1.4.1 计算机数值模拟的发展概况19
• 1.4.2 ProCAST 数值模拟软件简介19-21
• 1.5 课题研究的目的、意义及主要内容21-23
• 1.5.1 课题研究的目的及意义21-22
• 1.5.2 课题研究的主要内容22-23
• 第2章 实验方案及研究方法23-28
• 2.1 实验样品及成型工艺24-25
• 2.1.1 实验样品材料24
• 2.1.2 镁合金压铸工艺24-25
• 2.2 力学性能测试25
• 2.3 样品组织分析25-26
• 2.3.1 金相组织观察25-26
• 2.3.2 XRD 分析26
• 2.3.3 SEM-EDS 观察和分析26
• 2.4 计算机数值模拟中缩孔缩松预测判据26-28
• 第3章 镁合金压铸工艺数值模拟28-53
• 3.1 AM50 镁合金压铸试棒三维造型及模拟前置处理28-31
• 3.1.1 镁合金压铸试棒三维造型28-29
• 3.1.2 网格划分29-31
• 3.2 镁合金试棒压铸工艺参数设定31-36
• 3.2.1 模拟参数设置31-32
• 3.2.2 模拟参数设置32-35
• 3.2.3 压铸工艺参数的设定35-36
• 3.3 镁合金试棒压铸工艺数值模拟分析36-51
• 3.3.1 工艺参数对比及数值模拟分析36-47
• 3.3.2 工艺参数改进及模拟分析47-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 压铸镁合金缺陷带形成探讨及性能研究53-71
• 4.1 缺陷带形成机制的探讨53-63
• 4.1.1 XRD 物相结构分析53
• 4.1.2 显微组织特征53-56
• 4.1.3 压室预结晶理论及缺陷带形成机制56-57
• 4.1.4 SEM-EDS 组织成分分析57-63
• 4.2 压铸镁合金的性能测试63-68
• 4.2.1 压铸镁合金的拉伸力学性能63-66
• 4.2.2 压铸镁合金的拉伸断口形貌66-68
• 4.3 压铸件缺陷对力学性能的影响68-69
• 4.4 本章小结69-71
• 第5章 结论71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡红军;杨明波;罗静;王春欢;陈康;;ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用[J];材料科学与工艺;2006年03期

2 姚素娟 ,张英 ,褚丙武 ,梁冬梅;镁及镁合金的应用与研究[J];世界有色金属;2005年01期

3 刘正,王中光,王越,李峰,赵慧杰;镁合金压力充型与凝固过程的研究[J];材料研究学报;1999年06期

4 周玉辉,吴卫;压铸过程温度场的数值模拟及其在ProCAST中的应用[J];电加工与模具;2005年05期

5 陈学琴;黄晓艳;;压铸镁合金的应用与开发[J];甘肃冶金;2005年04期

6 G.W. Lorimer;J. Robson;;REVIEW ON RESEARCH AND DEVELOPMENT OF MAGNESIUM ALLOYS[J];Acta Metallurgica Sinica(English Letters);2008年05期

7 罗兵辉,柏振海,周华,张林和,谢绍俊;几种铸造铝合金的铸造性能、力学性能及耐蚀性[J];矿冶工程;2001年02期

8 胡红军;ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用[J];热加工工艺;2005年01期

9 侯延辉;成志强;冯威潮;柳葆生;;Procast在铸造缩孔预测及其优化中的应用[J];中国水运(学术版);2007年03期

10 于海朋 ,王峰 ,于宝义 ,马永涛;工艺参数和热处理对压铸AZ91D力学性能的影响[J];特种铸造及有色合金;2002年02期

本文编号：554081