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半固态压铸AZ91D镁合金工艺及性能研究

作　者: 凌向军
导　师: 金云学
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: AZ91D 半固态成形压铸热焓平衡电磁搅拌
分类号: TG292
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本课题以应用前景较好的AZ91D镁合金为研究对象，系统研究了该合金的半固态浆料制备及流变压铸工艺。通过控制金属液冷却凝固过程中的热焓平衡，对工艺参数进行优化，获取组织性质良好的半固态浆料；采用制得的半固态浆料，进行流变压铸成形，优化压铸参数获得组织与性能良好的AZ91D镁合金零件。对浆料进行浇铸及压铸成形，对铸件的力学性能进行分析表征，得出如下结果：设计并组装的两套半固态浆料制备装置，均能生产出非枝晶触变组织特性的半固态浆料；在旋转电磁场下，相对于制浆工艺一中直接采用坩埚换热，采用通有循环冷却水的铜管，与金属液进行热交换的工艺二制备的浆料性能更优。采用制浆工艺二制备半固态浆料，进行金属型浇铸，最佳制浆工艺参数为：电磁搅拌电流30A、频率30Hz；浇铸温度为580℃。在此工艺条件下，制备的半固态浆料组织及流动性均较好，浇铸件硬度值HBW可达到68.08。对浇铸的半固态坯料进行等温热处理，实验证明，在等温热处理过程中，坯料组织及形貌保持较好的非枝晶触变特征，满足进行触变成形的条件。SEM、EDS及XRD分析结果表明：本实验制浆工艺并非改变合金的相组成，而是改变浆料的初生相形貌，从而达到改善材料性能的目的。采用卧式冷室压铸机压铸浆料，对半固态浆料的压铸参数进行了系统研究后发现：当压铸机手轮开合度为1080°、浇注温度为585℃、填充时间为3s时，压铸件的表面质量与力学性能均最优。此时布氏硬度达到HBW83.02、抗拉强度为283.02Mpa、屈服强度达到172.09Mpa、延伸率为4.8%。对压铸试样进行T4热处理，实验表明：半固态流变压铸成形的试棒热处理后抗拉强度、屈服强度、延伸率均得到一定的提升，但硬度值有所下降。对拉伸后的试样断口进行SEM分析发现：不同状态下AZ91D镁合金的断裂机理几乎相同，均主要为沿晶脆性断裂，韧断的特征并不明显。压铸件中主要的裂纹源是气孔及夹杂。对压铸中出现的缺陷进行了分析，缺陷主要为气孔与疏松、飞边、夹杂等。针对缺陷提出了改进措施。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第1章绪论  13-25
  1.1 引言  13
  1.2 镁及镁合金  13-16
  1.3 半固态加工技术及其发展现状  16-22
    1.3.1 半固态制浆工艺  17-19
    1.3.2 半固态成形工艺及其特点  19-20
    1.3.3 半固态技术发展现状  20-22
  1.4 压铸技术介绍  22
  1.5 课题的研究目的和主要内容  22-25
    1.5.1 本课题的研究目的  22-23
    1.5.2 研究内容  23-25
第2章实验材料、设备及方法  25-31
  2.1 实验材料  25
  2.2 实验设备及仪器  25-29
    2.2.1 熔炼设备及方法  25-26
    2.2.2 制浆设备及方法  26-28
    2.2.3 金属型浇铸及流变成形实验设备  28
    2.2.4 热处理工艺  28-29
  2.3 微观组织及相组成分析  29
    2.3.1 金相试样的制备及组织分析  29
    2.3.2 X 射线物相分析  29
    2.3.3 扫描电镜和能谱分析  29
  2.4 材料性能测试  29-31
    2.4.1 布氏硬度测试  29
    2.4.2 拉伸性能测试  29-31
第3章半固态浆料制备理论研究  31-37
  3.1 金属凝固组织形成机理  31-33
    3.1.1 传统凝固过程的基本原理  31
    3.1.2 半固态凝固过程的基本原理  31-33
  3.2 本课题制备半固态浆料的思路及理论依据  33-35
    3.2.1 采用石墨坩埚换热控制热焓平衡制浆机理研究  33-34
    3.2.2 采用冷却铜管换热控制热焓平衡制浆机理研究  34-35
  3.3 本章小结  35-37
第4章半固态浆料的制备工艺研究  37-53
  4.1 采用石墨坩埚换热控制热焓平衡制浆工艺的研究  37-41
    4.1.1 实验过程及工艺参数  37
    4.1.2 试验结果  37-40
    4.1.3 分析与讨论  40-41
  4.2 采用冷却铜管换热控制热焓平衡制浆工艺的研究  41-49
    4.2.1 取样温度对试样组织的影响  41-43
    4.2.2 电磁搅拌参数对试样组织的影响  43-44
    4.2.3 浇铸件硬度测试  44-45
    4.2.4 扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）分析  45-47
    4.2.5 X 射线（XRD）物相分析  47
    4.2.6 讨论与分析  47-49
  4.3 等温热处理中 AZ91D 镁合金的微观组织演化  49-52
    4.3.1 铸态组织及半固态坯料组织特征  49-50
    4.3.2 等温热处理时间对 AZ91D 组织的影响  50-51
    4.3.3 等温热处理温度对 AZ91D 组织的影响  51-52
    4.3.4 讨论与分析  52
  4.4 本章小结  52-53
第5章半固态浆料流变压铸工艺研究  53-74
  5.1 半固态浆料压铸理论基础及工艺参数的设计  53-57
    5.1.1 压铸填充理论  53-54
    5.1.2 压射四阶段  54-55
    5.1.3 压射行程的确定  55-56
    5.1.4 手轮开合度的调节  56-57
    5.1.5 半固态浆料浇注温度的设计  57
    5.1.6 填充时间及保压时间的设计  57
  5.2 半固态浆料压铸工艺研究  57-67
    5.2.1 制浆工艺压铸有效性研究  58
    5.2.2 手轮开合度对 AZ91D 半固态压铸组织及性能的影响  58-61
    5.2.3 浇注温度对 AZ91D 半固态压铸组织及性能的影响  61-64
    5.2.4 填充时间对 AZ91D 半固态压铸组织及性能的影响  64-67
  5.3 热处理工艺对半固态压铸件试样性能的影响  67-70
    5.3.1 热处理工艺对成形件抗拉强度的影响  68
    5.3.2 热处理工艺对成形件延伸率的影响  68-69
    5.3.3 热处理工艺对成形件硬度的影响  69-70
  5.4 拉伸断口分析  70-71
  5.5 缺陷分析  71-73
    5.5.1 气孔与疏松  71-72
    5.5.2 夹杂  72-73
    5.5.3 飞边  73
  5.6 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-79
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  79-80
致谢  80-81
详细摘要  81-84

半固态压铸AZ91D镁合金工艺及性能研究

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