鎂合金半固態(tài)流變壓鑄成形技術(shù)的研究.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，符合對(duì)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(shì)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(lái)越廣泛的關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)鎂合金半固態(tài)流變成形方面的研究相對(duì)較少，本文采用自我開(kāi)發(fā)的雙螺桿機(jī)械攪拌制漿機(jī)制漿，與冷室壓鑄機(jī)配合，進(jìn)行鎂合金半固態(tài)流變壓鑄成形研究。該技術(shù)為鎂合金產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

2、和半固態(tài)技術(shù)的發(fā)展提供了新的有效途徑，具有重要的學(xué)術(shù)意義和較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 針對(duì)鎂合金高溫熔體易氧化、燃燒的特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了容積定量、氣壓輸送的鎂合金高溫熔體輸送裝置，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。該裝置能有效防止輸送過(guò)程中鎂液產(chǎn)生氧化、夾雜等現(xiàn)象，輸送量誤差能控制在±5﹪范圍內(nèi)。分析了鎂合金半固態(tài)漿料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了組合式、多壁厚型腔的壓鑄成形模具。設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)易、可行的壓鑄壓射速度測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置能測(cè)量的最短距離為3cm，時(shí)間精度

3、為1ms。 通過(guò)壓射壓力曲線分析及理論計(jì)算，確立了鎂合金半固態(tài)漿料在壓射室內(nèi)存在理想流變形態(tài)時(shí)的流變壓鑄工藝參數(shù)：壓鑄模溫度、壓射室溫度、慢壓射速度和一快壓射速度的影響；并通過(guò)傳熱學(xué)分析，建立了漿料在壓射室內(nèi)停留，其溫度的降低與壓射室溫度、固相率、壓射室涂料及停留時(shí)間的本構(gòu)關(guān)系方程。試驗(yàn)研究了鎂合金液態(tài)和半固態(tài)漿料在不同內(nèi)澆口尺寸和不同內(nèi)澆口速度條件下的流變壓鑄充填過(guò)程。在試驗(yàn)條件下，液相表現(xiàn)為強(qiáng)烈的紊流充型，而固相率為15

4、﹪半固態(tài)鎂合金則表現(xiàn)為弱的紊流充型；固相率為40 ﹪、50 ﹪呈現(xiàn)明顯的層流充填，并同時(shí)表現(xiàn)出一定的脹流型特征。 研究了鎂合金半固態(tài)流變壓鑄成形宏觀組織與流變流程的關(guān)系。結(jié)果表明，流變流程對(duì)組織的影響與固相率密切相關(guān)，其橫斷面組織呈現(xiàn)不均勻性，表面存在固相顆粒少的激冷層，中心部位存在固相積聚。型壁越厚、固相率越高，成形試樣組織的不均勻性越明顯，中心部位固相聚集越多；當(dāng)壁厚增至5 時(shí)，激冷層表現(xiàn)出多層結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)液相過(guò)渡區(qū)域。

5、 探明了初晶固相顆粒的表面結(jié)構(gòu)。雙螺桿攪拌制漿，在初晶固相表面產(chǎn)生一個(gè)存在成份過(guò)冷現(xiàn)象的紊流邊界層，初晶固相顆粒表面出現(xiàn)胞晶狀結(jié)構(gòu)。紊流邊界層及胞晶組織，便于初晶固相呈顆粒狀長(zhǎng)大。同時(shí)，胞晶組織的溝槽增大了固相顆粒的表面積及其表面能，使固相顆粒偏聚、形成聚集結(jié)構(gòu)的傾向增大。此外，胞晶溝槽加強(qiáng)顆粒之間的嚙合強(qiáng)度，從而增大漿料的瞬態(tài)剪切應(yīng)力。 對(duì)鎂合金半固態(tài)流變壓鑄成形的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試研究。固相率增加，成形試樣的硬度和

6、密度提高；在固相率為40 ﹪左右時(shí)，抗拉強(qiáng)度、延伸率存在最大值，固相率達(dá)到58 ﹪左右時(shí)，試樣的抗拉強(qiáng)度和延伸率下降到很低的水平。半固態(tài)流變壓鑄成形試樣能經(jīng)過(guò)熱處理進(jìn)一步提高其力學(xué)性能，克服了液相壓鑄不能進(jìn)行熱處理的缺陷。 分析了鎂合金半固態(tài)流變壓鑄成形試樣的斷口微觀組織。液態(tài)壓鑄成形鎂合金的斷口是一種典型的準(zhǔn)解理斷裂特征，隨著固相率的提高，斷口的電鏡掃描中出現(xiàn)的等軸韌窩數(shù)量逐漸增加。半固態(tài)流變壓鑄成形的力學(xué)性能與初晶固相顆粒

7、周?chē)囊合鄶?shù)量的關(guān)系很大。固相率低時(shí)，初晶顆粒固相周?chē)囊合鄶?shù)量多，初晶固相的性能未能發(fā)揮，成形試樣的性能主要取決于液相；隨著固相率的提高，固相顆粒周?chē)囊合鄶?shù)量減少，初晶固相對(duì)成形試樣性能的作用增強(qiáng)，試樣的性能得到改善；固相率增至一定程度時(shí)，液相不能在初晶固相顆粒表面形成完整的液膜，初晶固相顆粒間出現(xiàn)孔洞，成形試樣的力學(xué)性能下降。同時(shí)，固相顆粒的偏聚加大了性能的下降。固相率達(dá)50 ﹪時(shí)，固相顆粒之間存在著大量的孔洞，試樣的強(qiáng)度和塑性急