A356/A357铝合金半固态成型工艺性能分析及其模拟

摘要

金属半固态成形技术作为具备组织致密、性能优异特点的近终成形技术之一。自20世纪70年代问世以来，取得了迅猛的发展，目前已经在航空、汽车、电子等行业得到了广泛应用，被誉为“21世纪最有发展前景的绿色工业技术”。这项技术在中国正在兴起，前景广阔。了解半固态成形工艺过程、组织演变规律及性能优化方法对于指导半固体生产具有重要意义。 本文针对板形阶梯试样的半固态成形过程，应用金相，力学性能，计算机模拟等方法，系统地研究了半固态成形的工艺、流场、缺陷、成形模具、组织演变等规律。通过优化模具设计和工艺参数，取得了减少缺陷和提高性能的良好效果。 通过对原板形试样的实验分析可知：在模具温度250℃，快速压射模式下能得到综合力学性能相对较高、缺陷相对较少的试样。对缺陷的研究结果表明：快压射条件下因板形试样的两侧拐角处易出现充填状况不佳而导致缺陷产生；慢压式下容易形成局部冷隔或表面折皱，故不太适合于半固态的成型。为了减少缺陷，使用计算机模拟与实验相结合的方法对模具进行了优化，优化过程中对半固态充型流场进行了有效改善，经实验确认优化后模具的成形缺陷明显减少，综合力学性能也有显著提高。 触变成形工艺研究分析表明：在各工艺中，模具温度降低能得到较高的抗拉强度，但是塑性会下降；压射速度减小，延伸率提高，但是充形效果差；模具温度提高也能提高延伸率，但是其影响小于充填速度的影响；T5热处理可提高试样的抗拉强度，但会使延伸率有所下降。对优化后的模具进行工艺实验表明：板形压铸件合适的压铸成形工艺：冲头峰值速度范围0.30m/s-4m/s；模具温度200℃-250℃；保压时间9-11s。 本文还研究了二次加热过程、半固态触变成形过程微观组织的变化规律，结果表明：在二次加热过程中，温度未达到共晶温度时，α晶粒以合并的方式生长，达到共晶温度以后除了合并长大以外，还有自身的熟化生长，当液相达到一定比例的时候，初生α晶粒以自身生长的方式长大，部分合并晶粒被熔断，初生α晶粒得到球化；在触变成形过程中，离浇口位置越远的地方，固相晶粒的圆整度越好，晶粒尺寸也比较小，粗大的α相晶粒容易在拐角和浇口处发生聚集，并在压力的作用下发生变形，这种现象易造成压铸件整体性能的不均匀，在压铸过程中液相较多的地方容易产生较多细小α晶粒。经过对固相率、固相晶粒尺寸进行了系统数学分析之后得出了这两种参数随工艺、模具结构发生变化的数学公式，经过验证，数学公式成功推导出支撑座零件固相率、晶粒尺寸的分布规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1铝合金半固态成形技术综述

1.1.1枝晶材料半固态加工

1.1.2非枝晶材料半固态加工

1.1.3半固态技术的工艺特点

1.1.4半固态加工工艺性能研究进展

1.1.5计算机模拟

1.1.6应用

1.2国内研究综述

1.3国外研究综述

1.4本论文研究的主要内容

第二章半固态成形工艺与缺陷分析

2.1引言

2.2试验材料过程

2.2.1试验材料及设备

2.2.2试验方法

2.3试验结果与讨论

2.3.1压铸前坯料组织及性能

2.3.2力学性能试验

2.3.3缺陷分析

2.3.4利用计算机模拟的对比分析

2.4小结

第三章半固态成形模具的优化

3.1引言

3.2试验方法

3.3模具优化过程

3.3.1现有问题描述

3.3.2优化过程

3.4模具优化结果及验证

3.4.1优化结果

3.4.2结果验证

3.5小结

第四章半固态成形组织分析

4.1前言

4.2实验方法

4.2.1感应加热实验方法

4.2.2半固态成形实验方法

4.3实验结果与讨论

4.3.1感应加热过程结果分析

4.3.2成形过程结果分析

4.4小结

第五章半固态成形工艺与计算机模拟

5.1前言

5.2实验方法

5.2.1压铸工艺参数确定

5.2.2计算机模拟参数的确定

5.3实验结果与讨论

5.3.1速度工艺

5.3.2模具温度工艺

5.3.3保压时间

5.4小结

第六章半固态成形数学分析及验证性实验

6.1前言

6.2实验数据及分析方法

6.3数学分析

6.3.1假设及数学符号

6.3.2固相率分布分析

6.3.3晶粒尺寸分析

6.4支撑座验证实验

6.5小结

第七章结论

参考文献

附：读研期间发表的论文

致 谢