【摘要】：為了研究液態(tài)模鍛零件的溶質(zhì)元素偏析規(guī)律,首先從零件的結(jié)構(gòu)入手,設(shè)計(jì)了包含直接液態(tài)模鍛和間接液態(tài)模鍛兩種模鍛方式的液鍛零件,研究溶質(zhì)元素偏析的區(qū)域效應(yīng);然后設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)單一的螺旋線試樣,研究了溶質(zhì)元素偏析的流程效應(yīng);最后研究了稀土元素對(duì)溶質(zhì)元素偏析的影響。采用正交試驗(yàn)方法研究了澆注溫度、擠壓壓力、擠壓速度和冷卻速度等液態(tài)模鍛工藝參數(shù)對(duì)Si、Mg、Cu、Fe元素偏析的影響規(guī)律,以及工藝參數(shù)交互作用對(duì)各個(gè)區(qū)域溶質(zhì)元素偏析的影響。得到了如下結(jié)論:在間接液態(tài)模鍛熱節(jié)區(qū)域,對(duì)Si元素和Mg元素偏析影響最顯著的因素是澆注溫度;對(duì)Cu元素和Fe元素偏析影響最顯著的因素是冷卻速度。液態(tài)模鍛工藝參數(shù)間的交互作用對(duì)溶質(zhì)元素偏析的影響較小。隨著澆注溫度的升高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高,成分偏析程度會(huì)減小;隨著擠壓壓力的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)逐漸降低,成分偏析程度會(huì)增大;隨著擠壓速度的升高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)不斷地升高,成分偏析程度會(huì)減小;隨著冷卻速度的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)逐漸增大,偏析程度會(huì)減小。激冷區(qū)域分為上激冷區(qū)域和下激冷區(qū)域。在上激冷區(qū)域,Si元素偏析影響最顯著的因素是擠壓壓力,Mg元素偏析影響最顯著的因素是澆注溫度,Cu元素偏析的顯著影響因素是擠壓速度,Fe元素偏析影響最顯著的因素是擠壓壓力與冷卻速度的交互作用。在下激冷區(qū)域,Si元素偏析影響最顯著的因素是擠壓壓力,Mg元素偏析影響最顯著的因素是擠壓速度與冷卻速度的交互作用,Fe元素和Cu元素偏析的顯著影響因素是澆注溫度。不同溶質(zhì)元素偏析的主要影響因素不同。其原因是由于激冷區(qū)域的冷卻條件、合金元素含量元素平衡分配系數(shù)和合金液相流動(dòng)等因素造成的。在直接液態(tài)模鍛熱節(jié)區(qū)域,對(duì)Si、Mg、和Cu元素偏析最顯著影響因素是冷卻速度。對(duì)Fe元素偏析影響最顯著的因素是擠壓壓力與冷卻速度的交互作用。隨著擠壓速度的升高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)不斷的升高,成分偏析程度會(huì)減小;隨著冷卻速度的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)不斷減小,偏析程度會(huì)增大。對(duì)Si元素和Cu元素,隨著擠壓壓力的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)不斷降低,成分偏析程度會(huì)增大,而Mg元素和Cu元素卻相反。研究了液鍛零件沿流程長(zhǎng)度方向上的溶質(zhì)元素偏析和合金組織的變化規(guī)律。高澆注溫度(710℃)時(shí),在開放式流程時(shí),流程長(zhǎng)度方向上Si元素與Mg元素有正偏析也有負(fù)偏析,螺旋線的開始端出現(xiàn)正偏析,中部為負(fù)偏析,到零件末端的時(shí)候又出現(xiàn)正偏析。在限阻式流程的情況下,整個(gè)流程范圍內(nèi)均為負(fù)偏析,而且溶質(zhì)元素的分布趨勢(shì)與開放式流程趨勢(shì)圖的前半部分基本相似;螺旋線的開始端溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較高,隨著流程長(zhǎng)度的增大,溶質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減小。低澆注溫度(630℃)時(shí),在開放式流程時(shí),整個(gè)流程長(zhǎng)度方向上Si元素與Mg元素為負(fù)偏析,而且溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨流程長(zhǎng)度增加而逐漸降低。在限阻式流程時(shí),隨著流程長(zhǎng)度的增大,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸升高然后才降低。過熱度對(duì)流程長(zhǎng)度上成分偏析的影響較大。在高過熱度的情況下,流程長(zhǎng)度上溶質(zhì)元素偏析波動(dòng)較多;在低過熱度的情況下,流程長(zhǎng)度上溶質(zhì)元素偏析波動(dòng)較少。合金液極限充型的情況下,合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布與流程長(zhǎng)度不存在緊密的聯(lián)系。研究了稀土鉺元素加入后對(duì)溶質(zhì)元素偏析的影響,結(jié)果表明鉺元素的加入可以改變A1-Mg-Si合金中溶質(zhì)元素的界面分配系數(shù),并且可以改變最后凝固位置合金元素的偏析類型和偏析程度。在直接液態(tài)模鍛熱節(jié)區(qū)域,隨著稀土鉺元素加入量的增大,Si元素和Mg元素的偏析類型會(huì)從負(fù)偏析轉(zhuǎn)變?yōu)檎?但是稀土鉺元素加入對(duì)Cu元素和Fe元素的影響作用較小。在間接液態(tài)模鍛熱節(jié)區(qū)域,隨著稀土鉺元素加入量的增大,Si、Cu和Mg的負(fù)偏析會(huì)逐漸增大,而Fe元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)先減小后增大。在激冷區(qū)域,隨著稀土鉺元素加入量的增大,溶質(zhì)元素的負(fù)偏析會(huì)增大。
【圖文】：

Ｆｉｇ－２－ｌ邋Ｐａｒｔ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｗｈｅｅｌ逡逑對(duì)零件的結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行了熱節(jié)區(qū)域與激冷區(qū)域的劃分。通過模擬計(jì)算，得到逡逑液態(tài)模鍛輪形零件溫度場(chǎng)分布如圖２－２所示，輪緣部分屬于間接液態(tài)模鍛，，在輪緣逡逑１０逡逑

的中也部位溫度場(chǎng)的溫度比輪緣的上下兩部分要?dú)�，輪緣上下兩部較先凝固，可逡逑知輪緣的中部最后凝固屬于輪緣的熱節(jié)區(qū)域，而輪緣的上下兩部屬于激冷區(qū)域。逡逑輪屯、的中屯、部分是直接液態(tài)模鍛的熱節(jié)區(qū)域。其熱節(jié)醫(yī)域大體位置如圖２－３所示。逡逑０邐Ｓ６０．０逡逑■４３？．ａｆ逡逑■ｗ．ｏ逡逑１＊３：：：逡逑Ｉｎ：：：逡逑２２９．０逡逑１９２．６－逡逑Ｃ逡逑W２－２零件溫度場(chǎng)逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｆｉｅｌｄ邋ｏｆ邋ｐａｒｔ逡逑邐＜１）１６０ｍｍ邐逡逑＼熱節(jié)因位，／逡逑困２－３零件熱節(jié)區(qū)域圖逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｐａｒｔ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｈｏｔ邋ｓｐｏｔ邋ｚｏｎｅ逡逑通過模擬計(jì)算得到合金充型的流場(chǎng)矢量圖，如圖２－４所示，合金在充滿型腔后，逡逑合金凝固的時(shí)候，從圖２＊４邋（ａ）看出，殘余液相對(duì)輪緣的上下部分進(jìn)行補(bǔ)縮。從逡逑圖２￣４邋（ｂ）看出，輪緣下部較先凝固，凝固后期殘余液相主要對(duì)輪緣上部補(bǔ)縮。逡逑■ＳＨＫＳＨ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２￣４流場(chǎng)矢量圖逡逑Ｆｉｇ．２￣４邋ＶｅｃＵ）ｒ邋ｆｉｅｌｄ邋ｏｆ邋ｆｌｏｗ逡逑１１逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG319

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何敏;李豹;高志華;徐駿;;Sc對(duì)Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金擠壓鑄造組織性能的影響[J];特種鑄造及有色合金;2016年06期

2 張書豪;艾新港;關(guān)銳;李勝利;王國(guó)承;孟凡童;;強(qiáng)冷工藝對(duì)超低S鋼錠宏觀偏析影響的數(shù)學(xué)模擬[J];鑄造技術(shù);2016年03期

3 曾杰;陳偉慶;;高碳鋼矩形坯輕壓下中心負(fù)偏析形成機(jī)理[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);2016年03期

4 侯超杰;靳玉春;趙宇宏;侯華;佟樂樂;;過冷度對(duì)Ni-Cu合金枝晶偏析影響的相場(chǎng)法模擬[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2016年01期

5 孟凡生;張衛(wèi)文;張大童;楊超;肖志瑜;;Zr對(duì)擠壓鑄造Al-5.0Cu-0.4Mn合金顯微組織和力學(xué)性能的影響[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2016年01期

6 王煒;熊力;朱航宇;薛正良;徐維波;馬國(guó)軍;;B在鋼中的偏析及SS400含硼鋼的重熔現(xiàn)象[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);2015年12期

7 張志鵬;吳偉;代麗;陳立佳;;稀土Gd對(duì)Mg-5Al系鎂合金顯微組織與疲勞性能的影響[J];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2016年01期

8 邱克強(qiáng);熱焱;宋欣穎;楊成亮;任英磊;李榮德;;Sr對(duì)Mg-1.7Si合金中初生和共晶Mg_2Si相的變質(zhì)作用[J];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2016年01期

9 李陽(yáng);韓紀(jì)鵬;姜周華;何盼;;含錫不銹鋼溶質(zhì)偏析模型計(jì)算[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年04期

10 竇坤;卿家勝;王雷;張曉峰;王寶;劉青;董洪標(biāo);;基于微觀偏析模型的連鑄方坯內(nèi)裂紋敏感性研究[J];金屬學(xué)報(bào);2014年12期

本文編號(hào)：2579490