高坝熔池系统下AZ31镁合金双辊薄带连铸工艺及组织研究

摘要

采用双辊连铸法可直接从镁合金熔体制备出接近最终使用厚度的薄带坯，具有短流程低成本的特点。本文通过AZ31镁合金薄带坯双辊连铸过程中布流水口的设计与优化、组织分析和XRD测试等手段，研究了高坝熔池系统下，AZ31镁合金薄带坯的浇铸工艺特性，合金成分和工艺参数对凝固组织的影响，以及浇铸过程中凝固组织的演变过程，并采用物理模拟方法对熔池中组织演变进行了初步研究。结果表明：
　　 Q235钢板制成的g型水口具有较好的布流效果。高坝熔池系统提高了熔体液面高度，改变了弯月面形状，稳定了初始凝固点，使薄带坯组织更加均匀化，薄带坯表面质量得到改善。
　　 根据在不同浇铸温度、浇铸速度以及添加元素条件下，薄带坯在浇铸过程中的厚度变化，初步建立了浇铸过程中的三个阶段，即0～1m时的初始阶段，1～3m时的过渡阶段和3m以后的稳定阶段。通过对薄带坯组织分析，可将浇铸过程分为非稳定阶段和稳定阶段，薄带坯组织在25.5s后进入稳定阶段，薄带坯的组织趋于稳定。通过分析不同浇铸速度下薄带坯的凝固系数，认为当浇铸速度达到12r/min后，薄带坯的凝固系数基本保持不变。
　　 通过分析浇铸速度和浇铸温度对凝固组织的影响，结果表明，浇铸速度为12r/min和浇铸温度为675℃时，浇铸过程稳定，薄带坯表面质量较好，组织均匀。浇铸速度和浇铸温度的共同作用，将对全凝固点的位置变化产生显著影响。
　　 AZ31镁合金熔体中分别添加微量Ce和Ca元素后，薄带组织在一定程度上得到细化。当Ce添加量为0.4％时，AZ31-xCe薄带坯组织具有最佳细化效果，并生成了新相Al4Ce：Ca加入量为0.08％时，AZ31-xCa薄带坯组织具有最佳细化效果，并生成了新相Al2Ca。
　　 通过对熔池系统内凝固组织的研究分析，浇铸过程中凝固组织的演变规律为由低冷却速度下形成的粗大树枝状晶组织，转变为具有快速冷却效应的细小枝晶组织，最后在铸轧应力作用下形成细小的铸轧态组织。
　　 通过对凝固组织的物理模拟的初步研究，揭示了在熔池区域晶体主要以树枝晶方式沿辊面法向生长；铸轧过程中，在凝固冷却和铸轧应力的共同作用下，树枝状晶转变为球形晶体。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1镁资源

1.2镁及镁合金的基本特性

1.3镁合金的分类

1.4镁合金的应用领域

1.4.1镁合金材料在汽车工业中的应用

1.4.2镁合金材料在摩托车上的应用

1.4.3镁合金材料在航空航天领域中的应用

1.4.4镁合金材料在核工业上的应用

1.4.5镁合金材料在3C领域中的应用

1.5镁合金的塑性成形

1.5.1挤压成形

1.5.2轧制成形

1.5.3锻造成形

1.6镁合金双辊薄带连铸及其特点

1.7镁合金双辊薄带连铸技术研究现状

1.7.1镁合金水平双辊板带铸轧技术研究现状

1.7.2镁合金立式双辊薄带连铸技术研究现状

1.7.3镁合金立式双辊薄带连铸存在的问题

1.8镁合金立式双辊薄带连铸的改进

1.9本课题研究目的及内容

1.9.1课题研究目的

1.9.2课题研究内容

2试验材料与方法

2.1试验材料

2.2试验设备

2.3实验过程

2.3.1镁合金的熔炼与配料

2.3.2镁合金的浇铸和熔体防护

2.3.3镁合金浇铸过程注意事项

2.3.4高坝的位置及尺寸

2.3.5技术路线

2.3.6晶粒尺寸测定方法

2.3.7凝固组织物理模拟实验步骤

3镁合金双辊薄带连铸过程的工艺特性

3.1水口设计与优化

3.2稳定浇铸工艺的建立过程与判断

3.2.1薄带坯厚度随工艺参数的变化关系

3.2.2工艺稳定过程中的组织特征

3.3浇铸工艺参数的相关性

3.3.1浇铸速度对浇铸过程的影响

3.3.2浇铸温度对浇铸过程的影响

3.3.3浇铸速度与浇铸温度的相关性

3.4高坝对工艺特性的影响

3.5本章小结

4镁合金双辊连铸薄带坯的凝固组织

4.1成分对凝固组织的影响

4.1.1 Ce含量对镁合金薄带组织的影响

4.1.2 Ca含量对镁合金薄带组织的影响

4.2浇铸工艺对AZ31镁合金凝固组织的影响

4.2.1不同浇铸速度下的薄带组织

4.2.2不同浇铸温度下的薄带组织

4.3高坝对凝固组织的影响

4.4凝固组织的动态演变

4.4.1宏观组织的变化

4.4.2卡辊材料显微组织观察

4.4.3组织演变规律分析

4.5薄带坯枝晶的转变

4.6薄带缺陷分析

4.6.1裂纹

4.6.2夹杂

4.7凝固组织物理模拟

4.8本章小结

5结论

致 谢

参考文献

附 录 作者在攻读学位期间发表的论文目录