發(fā)布時間：2017-12-12 08:24

  本文關(guān)鍵詞：319s鋁合金高固相分?jǐn)?shù)半固態(tài)壓鑄多尺度數(shù)值模擬方法與實驗研究

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【摘要】：日益提升的汽車輕量化需求為鋁合金汽車零部件提供廣闊應(yīng)用前景的同時也為高性能鋁合金零部件制備方法提出了新的挑戰(zhàn)。鋁合金半固態(tài)壓鑄技術(shù)經(jīng)過長期的基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用推廣,已逐步在國內(nèi)外的汽車工業(yè)中獲得應(yīng)用。其中高固相分?jǐn)?shù)(0.4-0.7)鋁合金半固態(tài)壓鑄技術(shù)可制備性能與鍛造件相近而工藝成本與傳統(tǒng)液態(tài)鑄造相當(dāng)?shù)牧悴考�。然而半固態(tài)壓鑄成形目前仍存在部分技術(shù)難題使其難以獲得大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,主要包括：半固態(tài)漿料流動行為對工藝參數(shù)高度敏感致使實際工藝窗口過窄：對零件形狀及尺寸有較高要求以便于實現(xiàn)對漿料流動的控制；半固態(tài)壓鑄模具設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)欠缺等等。上述問題的關(guān)鍵同時也是半固態(tài)壓鑄技術(shù)的研究難點,即是對半固態(tài)漿料流動狀態(tài)的預(yù)判及控制。本論文旨在研究高固相分?jǐn)?shù)半固態(tài)漿料宏觀流變性能和內(nèi)部微觀流動機制,并在此基礎(chǔ)上分別建立可描述半固態(tài)漿料宏觀流變性能(剪切稀化特性、非穩(wěn)態(tài)流變性及觸變性)的表觀黏度模型和多相流動耦合計算方法,綜合形成高固相分?jǐn)?shù)半固態(tài)漿料多尺度數(shù)值模擬方法以分別實現(xiàn)對漿料宏觀及微觀流動行為的表達。本文選用典型的半固態(tài)鑄造合金319s鋁合金作為研究對象,首先考察了二次加熱方法制備的高固相分?jǐn)?shù)半固態(tài)漿料的組織特征,重點分析了升溫速率及保溫時間對微觀組織演化的影響;采用半固態(tài)恒溫高速壓縮實驗測試了319s高固相分?jǐn)?shù)半固態(tài)坯料的流變性能,分析了坯料在剪切作用下的內(nèi)部流動機制：基于319s流變性能數(shù)據(jù),建立了可適用于剪切速率變化(升高或降低)的依時性冪律表觀黏度模型；借鑒單相流體處理方法,文中建立了適用于半固態(tài)金屬漿料的雷諾數(shù)計算方法,分析了壓鑄成形工藝對漿料的內(nèi)部流動穩(wěn)定性的影響；采用多相流體耦合計算方法模擬了半固態(tài)漿料多相混合流動行為,考察了成形工藝對固相顆粒宏觀偏析的影響規(guī)律。本文主要研究結(jié)論如下：(1)提高升溫速率可減少低熔點相固溶,液相出現(xiàn)越早,有利于抑制固相顆粒和共晶硅通過合并的方式粗化：升溫速率越快,合金熔化越迅速,獲得相同液相分?jǐn)?shù)的溫度越低,合金實際二次加熱工藝窗口越大。適當(dāng)?shù)脑黾颖貢r間有利于提高液相分?jǐn)?shù)和加速顆粒球化,當(dāng)保溫時間繼續(xù)增加,坯料液相分?jǐn)?shù)和顆粒形狀因子均將趨于穩(wěn)定,而顆粒尺寸則將通過體擴散的方式持續(xù)增大,長大速率K=227μm3/s,因此需避免長時間保溫。(2)高固相分?jǐn)?shù)半固態(tài)坯料壓縮過程以固相顆�；茷橹�,液相則由顆粒問高靜壓區(qū)向低靜壓區(qū)流動。壓縮過程可分為四個階段進行,即彈性變形階段、顆粒部分解聚階段、顆顆粒劇烈滑移階段和顆粒聚合及分離協(xié)同作用階段。(3)基于不同壓縮速率半固態(tài)壓縮實驗獲得的表觀黏度建立了依時性冪律黏度模型,針對剪切速率增加的剪切條件,文中提出采用剪切應(yīng)變來評價整體剪切效果,通過對比選擇剪切應(yīng)變相近的冪律模型。針對剪切速率降低的情況,可通過設(shè)置剪切速率閾值的方法考慮漿料的依時性。(4)建立了適用于金屬半固態(tài)漿料的雷諾數(shù)計算方法,計算結(jié)果和實驗研究共同表明在一定的溫度(固相分?jǐn)?shù))范圍內(nèi),半固態(tài)漿料內(nèi)部流動穩(wěn)定性隨著固相分?jǐn)?shù)的減小依次呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。(5)首次采用多相流體耦合計算方法模擬了半固態(tài)漿料多相混合流動行為,結(jié)果表明充型速度越大,固相偏析程度越低,而對固相偏析層的厚度及徑向位置未有明顯影響。初始固相分?jǐn)?shù)和顆粒尺寸對固相偏析程度無顯著影響,然而增大初始固相分?jǐn)?shù)和顆粒尺寸將使壁面附近的液相富集層厚度越大,固相偏析層位置向通道中心偏移。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG249.2

【參考文獻】

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本文編號：1281825