合金化热镀锌镀层组织模拟及应用

摘要

近年来,镀锌钢板已经广泛的应用于汽车行业,其中合金化镀锌钢板(GA),由于其优越的焊接性能、防腐性能以及涂装性能而引起了极大的重视。合金化钢板是指经过镀锌池(含有0.135wt.％Al)镀锌后进行合金化退火之后的钢板。镀层中可能包含ζ相、δ相、Γ1相和Γ相。合金化钢板在冲压和成型过程中导致的粉化和剥落问题一直没有得到很好的解决。因此,确定合金化最佳镀层组织和工艺路线,成为解决镀锌钢板镀层粉化问题研究的重点。
　　本论文中,在基于Zn为主扩散元素的基础上建立了热浸镀锌合金化工艺过程中相演变的数学模型,模拟了合金化过程中相生长动力学,把合金化过程描述成一个有限/半无限、多相体扩散型相转变过程,其中包括了Zn在三相ζ相、δ相和Γ相中的扩散以及η/ζ、ζ/δ、δ/Γ和Γ/α四个界面的移动。该合金化数学模型中考虑了抑制层推迟合金化进程作用、抑制层的破坏过程中流入镀层的铁的量和Γ相的出现需要的时间等过程的影响,更加科学准确的模拟了合金化工艺过程。用数值分析的方法解该数学模型,C语言编程获得计算结果。通过与实验结果对比,模型能够较为准确的模拟了镀层铁含量、Γ相的厚度和镀层中Zn的浓度曲线。在较低合金化温度下,ζ相的生长速度高于δ相的生长速度。对于相同的镀层铁含量,合金化温度高的Γ相要厚些。
　　模型实现了变温合金化工艺过程的数值模拟,解决了变温过程中抑制层的破坏需要的时间、变温过程中Γ相的出现时间以及建立了变温过程中合金化温度高于530℃时ζ相不稳定的模型,实现了连续变温处理。采用Visual C++6.0开发了GA镀锌钢板合金化工艺参数最优化计算软件。该软件包含了较为全面的工艺参数,与实际生产线较为符合。该软件在设计上简单明了,功能齐全,预测结果准确,并且能够优化合金化工艺参数,可作为GA钢板工艺研发及工艺改进方面的实用工具。
　　通过实验和模拟分别研究了先高温后低温合金化工艺。研究表明,实验中先高温后低温合金化工艺能获得与低温合金化工艺相似的显微组织,并且缩短了合金化时间。模拟的结论与实验结论一致。先高温后低温合金化工艺既能提高生产效率,又能提高镀层的抗粉化性能,这种工艺值得引起重视。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2热浸镀锌工艺及其发展

1.3 合金化钢板粉化现象与影响因素

1.4合金化热浸镀锌理论及发展

第2章 等温合金化过程相生长动力学模拟

2.1 前言

2.2 模型的建立

2.3 问题公式化

2.4 数值分析

2.5 计算结果、验证及讨论

第3章 变温合金化工艺过程模拟及软件开发

3.1 前言

3.2问题公式化

3.4 软件开发

3.5 本章小结

第4章 先高温后低温新型合金化工艺研究

4.1前言

4.2 实验过程

4.3 实验结果及讨论

4.4先高温后低温合金化工艺模拟

4.5 本章小结

第5章 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

致谢