基于流变模型的半固态浆料流变成形数值模拟

摘要

半固态合金是材料加工领域的支柱材料,在铸轧、轧制工艺中均有广泛的应用。半固态合金的流变学模型以其能够较好地表征和跟踪合金液加工过程的黏度变化而被深入而广泛的研究。本文分别以Al含量为9％的锌铝合金和AZ31镁合金为研究对象,研究其凝固过程表观黏度的变化与影响因素。本文研究工作主要包括以下四个方面:
　　 1.应用Fluent软件建立了锌铝合金自然对流下的凝固数学模型,分别模拟出了其在牛顿流体和非牛顿流体假设下的凝固过程,得到温度场分布图。并与试验过程所得的温度数据相比较,结果表明二者能够较好地吻合。
　　 2.模拟AZ31半固态镁合金的流变铸轧过程,分别应用简单等温稳态黏度模型、Carreau黏度模型、简单连续冷却黏度模型、牛顿流体黏度模型模拟镁合金铸轧凝固过程的温度场、流场、剪切速率场与黏度分布图,结果表明此种铸轧工况下较理想的黏度模型为Carreau黏度模型和最佳浇铸温度为880K。
　　 3.通过对AZ31半固态镁合金铸轧实验模拟,验证了半固态镁合金“剪切稀化”的非牛顿特征,分析了表观黏度与温度、剪切速率的相互作用关系。即表观黏度在一定范围内随着温度的提高而减小,随着剪切速率的提高而减小。
　　 4.对黏度在半固态合金凝固的导热与对流过程中所起的作用进行了初步的试验和数值模拟探索,从微观粒子角度解释表观黏度对静态和动态的流体在黏性动量传输中的重要影响。