鎂合金擠壓鑄造成形機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、鎂合金具有低密度，高的比強(qiáng)度、比剛度，好的減震性、阻尼性，優(yōu)良的鑄造性能、切削加工性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、通信等領(lǐng)域，被譽(yù)為21世紀(jì)“綠色”工程材料。擠壓鑄造是一種實(shí)現(xiàn)鑄鍛相結(jié)合的先進(jìn)成形工藝，由此工藝生產(chǎn)的鑄件晶粒細(xì)小、致密度高、縮松小、力學(xué)性能優(yōu)良，已成功應(yīng)用于鋁合金、銅合金等合金的實(shí)際生產(chǎn)中。近年來(lái)，擠壓鑄造理論與應(yīng)用的研究受到越來(lái)越多的學(xué)者和企業(yè)所重視，但關(guān)于鎂合金擠壓鑄造成形機(jī)理方面的研究確很少，已嚴(yán)重制約了鎂合金

2、擠壓鑄造技術(shù)的推廣。同時(shí)，我國(guó)是鎂資源大國(guó)，也是鎂生產(chǎn)大國(guó)，鎂合金使用具有重要的戰(zhàn)略意義。因此，研究鎂合金擠壓鑄造成形機(jī)理對(duì)推廣高性能鎂合金鑄件的使用具有顯著意義和緊迫性。
　　論文利用正交試驗(yàn)方法研究了擠壓鑄造工藝參數(shù)中澆注溫度、模具溫度、擠壓速度對(duì)不同壁厚鎂合金流動(dòng)性的影響規(guī)律。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)壁厚4mm以下試樣的流動(dòng)性影響最大的因素是澆注溫度，其次是模具溫度，擠壓速度;對(duì)4mm試樣的流動(dòng)性影響最大的因素是模具溫度，其次是

3、澆注溫度，擠壓速度。在鎂合金擠壓鑄造實(shí)際生產(chǎn)過程中，澆注溫度在700℃到750℃變化時(shí)，增加澆注溫度對(duì)提高AZ91D鎂合金的流動(dòng)性是有利的;對(duì)厚壁鑄件(3mm和4mm)通過提高模具溫度而增加鎂合金的充型能力是非常有效;增加擠壓速度，合金流動(dòng)性也有所增加。對(duì)鎂合金熔液充型停止流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行分析，并采用一種半定量的計(jì)算方法來(lái)表述鎂合金的充型能力，得出鎂合金充型長(zhǎng)度的半定量數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　　對(duì)金屬液充型過程的流體力學(xué)分析表明，當(dāng)金屬液以設(shè)

4、定的充型速度充型時(shí)，充型特性受流體特性（粘度、表面張力）、流道特性（鑄件壁厚和內(nèi)澆道形狀）、充型流動(dòng)距離等因素的影響。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)6mm厚平板，低的充型速度（＜186.8mm/s）容易造成金屬液流前沿波動(dòng)較大，充型過程不平穩(wěn)，同時(shí)也降低了合金的流動(dòng)性，在鑄件最后充型部位容易形成澆不足、冷隔等缺陷;高的充型速度（＞933.8mm/s）雖然提高了生產(chǎn)效率，但容易形成噴射流，造成卷氣缺陷。對(duì)12mm平板，在相同的充型速度下，采用

5、扇形內(nèi)澆道的充型過程比采用矩形內(nèi)澆道充型平穩(wěn)，同時(shí)扇形內(nèi)澆道也能以不高的速度完成快速充型，從而避免噴射流的出現(xiàn)。
　　對(duì)擠壓鑄造AZ91D鎂合金在不同狀態(tài)下的顯微組織、力學(xué)性能以及斷裂行為進(jìn)行了測(cè)試和分析，得出擠壓鑄造AZ91D鎂合金鑄態(tài)、T4態(tài)和T6態(tài)的硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能指標(biāo)隨著試樣壁厚的增加而減小，而延伸率隨著試樣壁厚的增加而增加。以8mm厚試樣為分析對(duì)象，T4處理后的抗拉強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到205MPa、7.0

6、％，其中與鑄態(tài)相比較，延伸率提升幅度較大，硬度和屈服強(qiáng)度略有下降;T6處理后的硬度和屈服強(qiáng)度顯著提高，其中屈服強(qiáng)度與T4態(tài)相比較，提升幅度為44.2％，抗拉強(qiáng)度也出現(xiàn)小幅提高，但是延伸率則有所下降。鑄態(tài)AZ91D鎂合金斷口以脆性斷裂為主，斷口比較平整，斷口出現(xiàn)的撕裂韌窩和撕裂棱數(shù)量比較少。經(jīng)固溶處理處理后，AZ91D鎂合金斷裂模式為準(zhǔn)解理斷裂，斷口出現(xiàn)了發(fā)達(dá)的河流花樣和由撕裂棱連接的較大解理刻面，而在撕裂棱周圍也出現(xiàn)了一些深淺不一的韌窩

7、。經(jīng)固溶時(shí)效處理后，AZ91D鎂合金斷口中也分布了一些細(xì)小的河流花樣及少量較淺的韌窩，但斷口整體表現(xiàn)為為沿晶斷裂。
　　通過理論分析與微觀組織分析，研究了鎂合金間接擠壓鑄造中冷夾層的形成機(jī)理。顯微組織分析發(fā)現(xiàn)，冷夾層像一層保溫膜，將鑄件分割為兩部分，導(dǎo)致夾層兩側(cè)組織明顯不同;對(duì)冷夾層進(jìn)行EDS能譜分析表明，冷夾層中高亮質(zhì)點(diǎn)處主要存在O、Mg、 Si三種元素，說明冷夾層中形成了高熔點(diǎn)的氧化物以及冷夾層表面存在污染，冷夾層不易重熔。進(jìn)