ZL112Y铝合金半固态连续触变浆料制备工艺及装置的研究

摘要

本论文是研究ZL112Y铝合金的半固态连续触变成形料坯制备工艺，设计一套合适的半固态连续触变重熔装置，以及找到一套合理的连续触变重熔工艺的工艺参数。 根据半固态连续触变成形的原理，自行设计了一套实验装置。装置主要包括原始坯料的制备装置以及二次重熔装置。原始坯料是采用低过热法制备，因此坯料制备装置包括熔炼铝合金的电阻炉以及浇注料坯的金属模具。坯料的二次重熔选用感应加热方式，因此二次重熔装置包括用以二次加热的三台感应加热设备及与之匹配的感应线圈、重熔用坩埚、支撑坩埚用的支架以及控制半固态浆料出料的底座。在实验过程中不断的进行了实验装置的改进，包括坩埚的加固、坩埚材料的重新选择以及底座结构的改进。 装置设计完后，进行了装置的可行性性验证。经实验证明:1)支架的结构合理，能够实现对感应加热设备及坩埚有序的组装，满足连续式生产的要求；2)感应线圈稳定性好，与感应加热设备能很好的匹配，发挥感应加热设备较大的加热功率；3）控制半固态浆料出料的端座的结构比较合理，能够有效的操控半固态浆料的流出，在端座中采用升热装置后，浆料在流出过程不会发生凝固现象而保持半固态状态。4）整套装置的关键问题在于重熔用的坩锅的选用，经过实验证明，选用的几种坩埚的强度均达不到实验的要求，在高温下出现了裂纹而发生铝液的泄漏，因此坩埚问题还有待改进。 为找到一套合理的连续重熔工艺，采用了ANSYS数值模拟软件进行了坯料在连续触变重熔过程中的温度场分布的模拟。在进行连续触变重熔的模拟前，为了验证模拟的正确性，进行了对原有的最大振荡功率加热、缓慢加热、以及采用优化工艺加热实验的模拟。通过模拟结果与实测结果的对比，证明模拟能够正确的反映坯料在实际加热过程中温度变化的规律，而且模拟得到的坯料温度数据与实测数据基本吻合，误差不大。在进行了细微的材料物理参数修正以及感应加热模型的改进后，进行了半固态连续触变重熔的模拟。通过对在三台感应加热设备不同加热功率匹配下的模拟，找到了坯料由室温加热到半固态过程中各台感应加热设备合理的加热功率以及加热时间。大、中、小功率三台设备的振荡电流值分别为：1350A、800A、600A，加热时间总共为9分钟，各台感应加热设备的加热时间为3分钟。 对实验结果与模拟结果进行了比较，结果两者较为吻合，表明计算机模拟是成功的，能够指导感应加热过程中加热工艺参数的确定以及半固态重熔装置的设计。