本文關(guān)鍵詞：鋁硅合金半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品缺陷的形成機(jī)理及控制研究

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【摘要】：日益廣泛的鋁合金應(yīng)用,例如在汽車(chē)領(lǐng)部件上的應(yīng)用,對(duì)鋁合金產(chǎn)品提出越來(lái)越高的質(zhì)量要求。半固態(tài)壓鑄成形技術(shù),是一種能以低成本制備高質(zhì)量鋁合金產(chǎn)品的成形技術(shù)。其發(fā)展目標(biāo)市場(chǎng)是有高質(zhì)量高性能產(chǎn)品需求的高端市場(chǎng),因而對(duì)產(chǎn)品缺陷控制有很高的要求。但是,由于缺乏對(duì)半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品缺陷的系統(tǒng)性研究和控制方法,工程師們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中還是被產(chǎn)品缺陷所困擾。本課題的研究目的是揭示半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品缺陷的主要影響因素和形成機(jī)理,獲得缺陷的控制方法。為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo),本課題以鋁硅合金為依托,綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)分析、模擬分析等手段,對(duì)半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品的主要缺陷進(jìn)行了全面分析。氣孔缺陷、鼓泡缺陷、縮孔缺陷是半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品中主要的缺陷類型,閑此,對(duì)其展開(kāi)了系統(tǒng)性研究。取得以下成果:(1)型腔氣體卷入是半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品氣孔缺陷的主要成因。對(duì)于半固態(tài)金屬流體前沿表面發(fā)生湍流卷氣的傾向,內(nèi)澆口速度和初始固相分?jǐn)?shù)是主要影響因素。減小內(nèi)澆口速度,有助于減少鑄件表層、芯部的氣孔孔缺陷。增大初始固相分?jǐn)?shù),有助于減少鑄件芯部的氣孔缺陷。在0.45的固相分?jǐn)?shù)條件下,鑄件表層氣孔孔的形成頻率最小。對(duì)于鑄件表面發(fā)生補(bǔ)型卷氣的傾向,模具溫度的影響比初始固相分?jǐn)?shù)的影響顯著。提升模具溫度、減小初始固相分?jǐn)?shù),有利于抑制鑄件表層氣孔缺陷的形成。卷入半固態(tài)金屬中的氣體不能在浮力的作用下脫離半固態(tài)金屬。(2)鼓泡缺陷的形成具有一個(gè)臨界溫度,當(dāng)熱處理溫度低于該溫度時(shí),鼓泡缺陷不會(huì)產(chǎn)生。增大保壓凝固壓力,鼓泡缺陷的形成臨界溫度降低,鼓泡缺陷的平均直徑增大。減小氣孔內(nèi)初始?xì)鈮�、減小氣孔的長(zhǎng)短軸比、減小氣孔的體積、增加氣孔深度、提高合金的強(qiáng)度,都有利于提高鼓泡缺陷的形成臨界溫度。其中,氣孔的體積、形狀、深度對(duì)鼓泡缺陷形成溫度的影響較為顯著,其他因素影響較弱。(3)縮孔缺陷主要分布在產(chǎn)品芯部。增大保壓凝固壓力、增大初始固相分?jǐn)?shù),有利于降低試樣芯部縮孔缺陷的面積比例。增大保壓凝固壓力、減小初始固相分?jǐn)?shù),縮孔缺陷形成的臨界位置向試樣芯部移動(dòng)。增大保壓凝固壓力是應(yīng)對(duì)縮孔缺陷最有效的辦法。保壓凝固壓力的有效判決:當(dāng)試樣芯部溫度達(dá)到固相線溫度時(shí),(?)(4)半固態(tài)壓鑄成形缺陷控制的六條方法:(a)選擇合適的合金,(b)保證干凈的熔體,(c)制備合格的半固態(tài)金屬,(d)降低充型速度,提高模具溫度,(e)設(shè)置充足的排氣口,避免出現(xiàn)困氣,(f)凝固過(guò)程避免出現(xiàn)熱節(jié)。這六條方法已被運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中,輔助模具設(shè)計(jì)、工藝制定,制備了多種無(wú)缺陷的半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品。本論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:(1)確定了鋁硅合金半固態(tài)壓鑄成形中,初始固相分?jǐn)?shù)對(duì)氣孔缺陷形成傾向的影響規(guī)律,(2)系統(tǒng)性地研究了鋁硅合金半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品熱處理過(guò)程中,鼓泡缺陷形成溫度的影響因素,并確定了主要影響因素,(3)確定了鋁硅合金半固態(tài)壓鑄成形中,初始固相分?jǐn)?shù)對(duì)縮孔缺陷形成傾向的影響規(guī)律,(4)形成了鋁硅合金半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品缺陷控制的六條方法。本論文的研究成果將有助于壓鑄工程師們理解半固態(tài)壓鑄成形產(chǎn)品缺陷的形成機(jī)理,為他們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)缺陷問(wèn)題提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG249.2

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本文編號(hào)：1303387