AZ91D镁合金半固态高压铸造成形JH70型摩托车发电机支架零件的研究

摘要

本研究的目的是对使用低过热法浇注的AZ91D镁合金料坯用高频感应加热方法进行二次重熔，在半固态下压铸成形JH70型摩托车发电机支架。 采用激冷斜槽法和低过热法进行浇注料坯的试验，在试验中研究了不同浇注温度和冷却板倾斜角度对所浇注料坯的微观组织的影响。实验结果表明：1)运用激冷斜槽法在650℃下使用45°的倾斜角度可以得到晶粒细小的微观组织；2)运用低过热浇注方法在接近液相线温度的595℃时可以得到组织较为细小的非枝晶状微观组织。通过比较两种工艺方法获得的原始料坯的组织特征以及两种工艺的特点，使用低过热法的工艺和设备更加简单，因此使用低过热法浇注半固态原始料坯。 采用高频感应加热装置和温度测定装置，在实验室里研究了AZ91D压铸镁合金坯料高频感应加热二次重熔合适的半固态重熔温度、加热功率和速度、这些工艺参数对坯料的触变性能和微观组织的影响，以及微观组织在二次重熔过程中的演化过程。实验结果表明：1)该合金合理的半固态二次重熔温度为580℃～583℃；2)在优化的感应加热工艺条件下，半固态重熔坯料内部的温差在0℃～1℃，可以得到具有较好触变性能的半固态重熔料坯；3)半固态重熔过程使原始料坯中的初生非枝晶δ组织逐渐演变成球团状和玫瑰花瓣状的细小晶粒，满足了半固态触变成形的要求；4)重熔料坯的演化过程中，溶质扩散起了主要的作用，首先是在熔点较低的共晶界上出现液相，然后由于曲率效应使得团絮状组织的凹进部分溶质富集降低了熔点，随温度升高使得晶粒进一步细化，在重熔的后期由于表面张力的作用使得δ粒子圆形度有所增加。 采用实验室所获得的二次重熔工艺在中国嘉陵集团重庆九方铸造有限责任公司生产现场成功地压铸成形了JH70型摩托车发电机支架半固态零件。在压铸零件的过程中，研究了压铸工艺参数以及模具设计参数对成形零件的影畸，结果表明：镁合金的半固态压铸工艺要求内浇口的尺寸较大内浇口厚度接近该零件的壁厚，模具的温度应保持在280℃～300℃，压铸速度为4.5m/s、压射压力和保压压力分别为75MPa和350MPa，使用该压铸工艺可以得到组织结构和外观完整的半固态压铸零件。 对成形前的料坯和成形后的铸件组织进行了观察并运用MAS分析软件对用于半固态触变成形的料坯和得到的半固态铸件的微观组织进行了定量分析。在二次重熔料坯中液相集中的区域，经过挤压成形之后已经与固相混合均匀；另外，在半固态浆料充型过程中，液相的运动速度大于固相粒子的运动速度，因此在料柄部位集中了大量的固相(固相率达到75％)，在内浇口处达到65％，零件近端为57％，直到铸件远端固相比率降低为55％；由于剪切机制铸件固相颗粒的粒径也有所降低，二次重熔料坯的δ粒子大小在160um左右，经过挤压之后在零件心部δ粒子粒径变为120um左右，其圆形度也由0.5增加到0.55表明挤压过程起到了细化晶粒的作用。 将压铸出的半固态零件与液态压铸零件以及二者热处理后零件取样进行了组织分析并制作了拉伸试样，对拉伸试样测定强度、延伸率，对它们的力学性能进行比较，同时测定它们的布氏硬度。发现半固态铸件的力学性能接近国标HB965-82的切取试样的力学性能，经过固溶处理之后，试样的延伸率提高，抗拉强度有所降低，时效之后，抗拉强度明显增加，但是延伸率降低。试样的最大抗拉强度达到175Mpa，最大屈服强度达到145Mpa，最大硬度值达到84HB。研究结果表明，提高重熔料坯的液相率是提高镁合金半固态成形零件致密度，进而提高零件的强度的重要研究方向。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1选题背景

1.2高压铸造工艺方法

1.2.1压铸法的特点

1.2.2压铸工艺的应用范围

1.3半固态加工技术

1.3.1半固态成形工艺的特点

1.3.2半固态金属加工的工艺过程

1.3.3镁合金半固态成形零件的特点

1.3.4镁合金半固态成形技术国内外现状综述

1.4本论文的工作

1.4.1成形材料、工艺和设备的选择

1.4.2本研究的目的

1.4.3本研究的具体内容

2实验方法与步骤

2.1实验方法

2.1.1实验材料

2.1.2实验设计

2.2实验步骤

2.2.1前期准备工作

2.2.2半固态原始料坯的制备的研究

2.2.3半固态二次重熔料坯的准备

2.2.4二次重熔工艺研究

2.2.5高压成形模具与工艺设计

2.2.6零件热处理工艺

2.2.7成形零件组织和力学性能研究

3实验结果与分析

3.1半固态料坯浇注结果分析

3.1.1激冷斜槽法制备料坯的结果分析

3.1.2低过热法制备料坯的结果分析

3.1.3两种制坯方法的比较分析

3.2棒料二次重熔加热的实验结果

3.2.1二次重熔工艺的研究

3.2.2二次重熔温度对料坯触变性能的影响

3.3二次加热过程料坯的组织演变研究

3.3.1二次重熔过程组织演变的观察

3.3.2部分重熔组织的演化过程

3.4触变成形工艺参数对零件成形性能的影响

3.4.1半固态重熔温度对零件成形性能的影响

3.4.2内浇口尺寸大小对铸件成形性的影响

3.4.3压铸机压铸工艺参数的研究

3.5成形零件的组织演变

3.5.1成形零件内部组织演变的观察

3.5.2半固态组织的定量分析结果

3.5.3零件成形组织形变机制的研究

3.6热处理对零件组织的影响

3.7半固态压铸零件材料的力学性能分析

3.7.1半固态压铸件与液态压铸件零件材料的强度、延伸率的比较

3.7.2半固态压铸件与液态压铸件零件材料的硬度的比较

3.7.3热处理对镁合金力学性能的影响

4结论

致 谢

参考文献

附录B:强度与延伸率测试结果表

附录B:硬度测试结果表

附录C:攻读硕士学位期间发表论文