变形镁合金自孕育凝固近终形铸造过程及机理研究

摘要

变形镁合金较铸造镁合金有了更高的强度、延伸率等力学性能，同时具有较好的腐蚀性能与疲劳性能，而被广泛的应用在汽车、航空、3C产品等领域。与其它易成形金属一样，变形镁合金采用高成本、工艺流程长的塑性成形工艺来实现成形的。因此，变形镁合金采用铸造法近终形成形制备高强、高韧和低成本的复杂件具有诱人的发展前景。
　　 本文采用合金本体孕育并经过多流股混合冷却槽进一步孕育的方法，通过控制合金熔体温度与局部过冷使之具有大量的晶核，保证熔体己析出的初生相不发生再辉熔化；熔体随后经过多流股混合冷却槽，利用局部过冷、流动冲刷混合后再与已有晶核的自孕育凝固结晶时，具有小的临界晶核，加强自孕育效果、促进晶粒增殖、抑制晶粒生长，获得具有非枝晶初生固相的固-液混合浆料。从理论计算和实验两方面入手，系统研究了自孕育过程中母合金成分和反应条件对初生相形成的影响；熔体处理温度对自孕育法制备变形镁合金AZ61和ZK61半固态浆料的影响；多流股混合冷却槽结构、角度及孕育剂的加入量对自孕育法制备变形镁合金AZ61半固态浆料的影响。实验结果表明：
　　 1．采用Pandat软件计算结果表明，变形镁合金AZ61、ZK61适合进行半固态加工;
　　 2．与传统铸造的变形镁合金AZ61和ZK61组织相比，自孕育凝固AZ61组织显著减少了枝晶的存在，表现为大量的近球状晶和等轴晶以及少量的不发达枝晶；自孕育凝固ZK61组织同样显著减少了枝晶的存在，表现为大量的近球状晶和多边形状晶；
　　 3．变形镁合金AZ61自孕育凝固适宜的熔体处理为700℃，对应的平均晶粒尺寸为39.8μm;变形镁合金ZK61自孕育凝固适宜的熔体处理为725℃，对应的平均晶粒尺寸为22.0μm。在适宜地处理温度之上，随着熔体处理温度的升高，组织中树枝晶增多，晶粒平均尺寸显著变大。而在适宜地处理温度之下，随着熔体处理温度的降低，组织中的树枝晶虽在减少，同时细小的近球状晶增多，但是其表现晶粒尺寸大小分布不均匀;
　　 4．自孕育法凝固成形变形镁合金AZ61为最佳浇注方式，多流股混合冷却槽为最佳冷却槽结构，最佳多流股混合冷却槽角度和孕育剂加入量分别为45°和3wt％;
　　 5．自孕育凝固过程中，孕育剂的加入起到了内冷铁作用以及增加了熔体的形核率。多流股混合冷却槽加剧了熔液的紊流，促进晶粒增殖、加强自孕育效果、抑制晶粒长大。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 变形镁合金概述

1.2 变形镁合金的开发和应用

1.3 国内外研究现状

1.3.1 变形镁合金的传统成形工艺

1.3.2 变形镁合金的半固态成形工艺

1.4 半固态自孕育铸造技术

1.5 本论文研究目的、意义和内容

第2章 实验方法

2.1 技术路线与实验方法

2.1.1 实验材料的选择

2.1.2 孕育剂的制备

2.1.3 自孕育凝固工艺参数的确定

2.1.4 固溶处理

2.2 金相显微组织

第3章 自孕育过程的热力学与动力学

3.1 自孕育过程中的执力学计算

3.1.1 变形镁合金AZ61、ZK61凝固温度窗口

3.1.2 变形镁合金AZ61、ZK61固相率对温度的敏感性

3.1.3 变形镁合金AZ61、ZK61半固态加工温度窗口

3.2 自孕育过程中的动力学分析

第4章 熔体处理温度对自孕育凝固变形镁合金组织的影响

4.1 熔体处理温度对自孕育凝固变形镁合金AZ61组织的影响

4.1.1 熔体处理温度对自孕育凝固AZ61水淬组织的影响

4.1.2 熔体处理温度对自孕育凝固AZ61铸态和固溶态组织的影响

4.2 熔体处理温度对自孕育凝固变形镁合金ZK61组织的影响

4.2.1 熔体处理温度对自孕育凝固ZK61水淬组织的影响

4.2.2 熔体处理温度对自孕育凝固ZK61铸态的影响

4.3 结果讨论

4.3.1 孕育剂在自孕育铸造法凝固过程中的作用

4.3.2 多流股混合冷却槽在自孕育铸造法凝固过程中的作用

4.3.3 熔体处理温度的影响

4.4 本章小结

第5章 自孕育法变形镁合金AZ61半固态浆料研究

5.1 冷却槽结构对自孕育凝固变形镁合金AZ61组织的影响

5.1.1 冷却槽结构对自孕育凝固AZ61水淬组织的影响

5.1.2 冷却槽结构对自孕育凝固AZ61铸态和固溶态组织的影响

5.1.3 小结

5.2 冷却槽倾斜角度对自孕育凝固变形镁合金AZ61组织的影响

5.2.1 冷却槽倾斜角度对自孕育凝固A261水淬组织的影响

5.2.2 冷却槽倾斜角度对自孕育凝固AZ61铸态和固溶态组织的影响

5.2.3 结果讨论

5.2.4 小结

5.3 孕育剂的加入量对自孕育凝固变形镁合金AZ61组织的影响

5.3.1 孕育剂的加入量对自孕育凝固AZ61水淬组织的影响

5.3.2 孕育剂的加入量对自孕育凝固AZ61铸态和固溶态组织的影响

5.3.3 结果讨论

5.3.4 小结

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 晶粒尺寸分布数据附表