【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溶質(zhì)元素偏析的影響。采用正交試驗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)交互作用對各個區(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Si元素和Mg元素偏析影響最顯著的因素是澆注溫度;對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)量分數(shù)逐漸升高,成分偏析程度會減小;隨著擠壓壓力的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分數(shù)會逐漸降低,成分偏析程度會增大;隨著擠壓速度的升高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分數(shù)會不斷地升高,成分偏析程度會減小;隨著冷卻速度的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分數(shù)會逐漸增大,偏析程度會減小。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)和合金液相流動等因素造成的。在直接液態(tài)模鍛熱節(jié)區(qū)域,對Si、Mg、和Cu元素偏析最顯著影響因素是冷卻速度。對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)量分數(shù)會不斷的升高,成分偏析程度會減小;隨著冷卻速度的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分數(shù)會不斷減小,偏析程度會增大。對Si元素和Cu元素,隨著擠壓壓力的提高,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分數(shù)會不斷降低,成分偏析程度會增大,而Mg元素和Cu元素卻相反。研究了液鍛零件沿流程長度方向上的溶質(zhì)元素偏析和合金組織的變化規(guī)律。高澆注溫度(710℃)時,在開放式流程時,流程長度方向上Si元素與Mg元素有正偏析也有負偏析,螺旋線的開始端出現(xiàn)正偏析,中部為負偏析,到零件末端的時候又出現(xiàn)正偏析。在限阻式流程的情況下,整個流程范圍內(nèi)均為負偏析,而且溶質(zhì)元素的分布趨勢與開放式流程趨勢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)量分數(shù)比較高,隨著流程長度的增大,溶質(zhì)元素質(zhì)量分數(shù)逐漸減小。低澆注溫度(630℃)時,在開放式流程時,整個流程長度方向上Si元素與Mg元素為負偏析,而且溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)隨流程長度增加而逐漸降低。在限阻式流程時,隨著流程長度的增大,溶質(zhì)元素的質(zhì)量分數(shù)逐漸升高然后才降低。過熱度對流程長度上成分偏析的影響較大。在高過熱度的情況下,流程長度上溶質(zhì)元素偏析波動較多;在低過熱度的情況下,流程長度上溶質(zhì)元素偏析波動較少。合金液極限充型的情況下,合金元素的質(zhì)量分數(shù)分布與流程長度不存在緊密的聯(lián)系。研究了稀土鉺元素加入后對溶質(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元素的偏析類型會從負偏析轉(zhuǎn)變?yōu)檎?但是稀土鉺元素加入對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的負偏析會逐漸增大,而Fe元素的質(zhì)量分數(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)元素的負偏析會增大。
【圖文】：

Ｆｉｇ－２－ｌ邋Ｐａｒｔ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｗｈｅｅｌ逡逑對零件的結(jié)構(gòu)區(qū)域進行了熱節(jié)區(qū)域與激冷區(qū)域的劃分。通過模擬計算，得到逡逑液態(tài)模鍛輪形零件溫度場分布如圖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

的中也部位溫度場的溫度比輪緣的上下兩部分要氋，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逡逑通過模擬計算得到合金充型的流場矢量圖，如圖２－４所示，合金在充滿型腔后，逡逑合金凝固的時候，從圖２＊４邋（ａ）看出，殘余液相對輪緣的上下部分進行補縮。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輪緣上部補縮。逡逑■ＳＨＫＳＨ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖２￣４流場矢量圖逡逑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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG319

【參考文獻】

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本文編號：2579490