A356半固态金属浆料的制备及压铸工艺的数值模拟

摘要

铝合金由于具有重量轻，比强度高，且可回收利用的优点，因此成为广泛使用的金属材料。但在压铸生产过程中产生的铸造缺陷使得铝合金件在性能上有所下降，近几十年不断发展的金属半固态成形技术为解决这一难题带来了希望。半固态成形零件组织致密、夹气少、性能优异，且半固态成形属于近终型成形，因此该技术在许多工业，尤其是在汽车工业具有广泛的应用前景。同时金属半固态成形技术又是一门跨传热学、流体力学，材料力学以及计算数学等多学科的材料加工制备的先进技术，因而具有较高的理论研究价值。 本文使用电磁搅拌技术制备了A356 铝合金的半固态金属浆料，然后对用该浆料流变压铸制得的标准压铸试样进行了金相组织观察和分析；本文使用Flow 3D?对A356 半固态浆料在压铸机压室内慢压射阶段的流动行为进行数值模拟，分析发生卷气与压室充满度和慢压射速度的关系。 实验结果表明：在搅拌电流35.3A、搅拌电压53V、搅拌频率32.5Hz、功率2.1kW 条件下，自液相线温度以上对A356 合金金属液开始连续电磁搅拌，至浆料温度为585℃时保温，14 分钟后制得半固态浆料；压铸试样金相组织自外向芯部清晰的分为少量球状组织和共晶组织混合的外表层、共晶组织层和普通状态的半固态相。对压室内半固态流变金属慢压射流动行为的模拟结果表明：在不同压室充满度和不同压铸速度下，均存在卷气可能，但数量和倾向不同；根据模拟结果，最终绘制出卷气体积比与压室充满度和冲头速度的等势线关系图，用于制定半固态流变压铸工艺。 本论文的研究为A356 铝合金制备流变半固态浆料提供了合适的工艺条件和参数，并为半固态流变的慢压射工艺的制定提供了有效参考和坚实的基础，从而缩短部分半固态流变成形工艺过程的试验周期，可以提高工作效率和产业竞争力。