半固態(tài)鎂合金鑄軋板帶制備及其組織性能研究.pdf

1、鎂合金具有小的密度、高的比強(qiáng)度、比剛度，好的導(dǎo)熱性，良好的阻尼減震能力等優(yōu)良性能，能承受較大的沖擊振動負(fù)荷和便于回收等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在交通工具、電子工業(yè)產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域，符合對材料的輕量化和綠色化的要求，其表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。半固態(tài)技術(shù)綜合了液態(tài)鑄造成形、固態(tài)壓力加工的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具有發(fā)展前途的近凈成形方法之一，得到了越來越廣泛的關(guān)注。雙輥鑄軋工藝是將快速凝固和變形結(jié)合在一起的技術(shù)，近十年來該技術(shù)在國際上引起了極大重

2、視，全面解決其產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)是目前冶金及材料領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿課題。該技術(shù)不僅可以顯著提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本，在改善鑄軋板帶坯質(zhì)量方面亦具有很大潛力。 當(dāng)前世界范圍的鎂合金消費(fèi)量呈不斷增長的趨勢，我國是鎂資源大國，但是鎂合金的加工生產(chǎn)水平落后，成本過高，嚴(yán)重制約了其應(yīng)用市場的拓展，極大地限制了鎂合金的發(fā)展。因此，開發(fā)適合于鎂合金的低成本短流程技術(shù)，是擴(kuò)大鎂合金應(yīng)用所必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。 將水平雙輥連續(xù)鑄軋技術(shù)

3、與半固態(tài)加工技術(shù)相結(jié)合，得到半固態(tài)板帶連續(xù)鑄軋成形技術(shù)，將是一種全方位高效、節(jié)能、短流程、近終形的加工方法。把這種技術(shù)應(yīng)用于鎂合金的加工成形，可以說是具有國際領(lǐng)先水平的技術(shù)，具有一定的創(chuàng)新性。其重要的現(xiàn)實(shí)意義在于可以擴(kuò)大半固態(tài)加工技術(shù)的應(yīng)用范圍，擴(kuò)大鑄軋技術(shù)的應(yīng)用范圍，可以發(fā)展我國鎂合金加工應(yīng)用技術(shù)，為鎂合金薄板材和箔材提供基礎(chǔ)材料，使生產(chǎn)鎂合金薄板材和箔材成為可能，滿足我國市場對運(yùn)輸工具，便攜式電子產(chǎn)品高可靠、輕量化要求，有利于我國鎂

4、資源，特別是西部鎂資源的開發(fā)利用。 本文研究了AZ91D鎂合金的半固態(tài)鑄軋成形過程。在自制半固態(tài)鑄軋?jiān)囼?yàn)設(shè)備上，首先通過半固態(tài)攪拌裝置制漿，得到具有近球形的的非枝晶半固態(tài)組織；再利用半固態(tài)漿料具有良好的流動性，進(jìn)行鑄軋?jiān)囼?yàn)，得到半固態(tài)鑄軋板帶；取樣觀察板帶顯微組織，并測試了相關(guān)性能。另外本文還利用有限元軟件，在計(jì)算機(jī)上仿真模擬半固態(tài)鑄軋?jiān)囼?yàn)過程，與實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)行了對比；在數(shù)值模擬和實(shí)際試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交設(shè)計(jì)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對半固

5、態(tài)鑄軋過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。本文的研究得到了以下成果： 1．在自制半固態(tài)鑄軋?jiān)囼?yàn)設(shè)備上，順利進(jìn)行了半固態(tài)鎂合金水平雙輥鑄軋?jiān)囼?yàn)，得到半固態(tài)鑄軋板帶，其微觀組織是具有近球形的非樹枝狀先結(jié)晶相均勻分布在基體上。 2．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鑄軋對半固態(tài)組織具有圓整化作用，鑄軋前的先結(jié)晶固相顆粒棱角分明，保留枝晶痕跡，而在鑄軋以后先結(jié)晶相顆粒比較圓整。在固相率上，鑄軋后固相率比鑄軋前明顯提高。這種趨勢在不同的鑄軋溫度都有所表現(xiàn)，只不過不同

6、的鑄軋溫度固相率也不同，溫度越低固相率越大。 3．采用漿料流動時的對流換熱系數(shù)折算成紊流導(dǎo)熱系數(shù)的方法來考慮鑄軋系統(tǒng)中半固態(tài)漿料運(yùn)動中的熱傳導(dǎo)和對流傳熱，采用熱焓法處理液相的結(jié)晶潛熱，建立了半固態(tài)AZ91D鎂合金鑄軋過程的溫度場數(shù)學(xué)模型。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在鑄軋入口處，板帶心部溫度較高，表面附近厚向溫度梯度較大，而在鑄軋出口處溫度分布從板帶中心向邊緣比較均勻的降低，溫度梯度較小。數(shù)值模擬還分析了鑄軋溫度，鑄軋速度，鑄軋輥輥縫的大

7、小，鑄軋輥的冷卻能力，鑄軋輥直徑的大小等工藝參數(shù)對鑄軋過程溫度場的影響。 4．在正交試驗(yàn)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的基礎(chǔ)上我們得到了半固態(tài)鑄軋工藝過程的最佳工藝。其中半固態(tài)制漿工藝參數(shù)為攪拌速度1000r/min，靜置時間5min，攪拌時間5 min，澆注溫度560℃；鑄軋過程工藝參數(shù)是鑄軋溫度723K，鑄軋速度0.5m/s，鑄軋輥輥縫2mm，鑄軋輥的冷卻能力小水流冷卻，鑄軋輥直徑210mm。并且得到了實(shí)際試驗(yàn)的驗(yàn)證。 5．基于