镁合金带材铸轧过程的计算机模拟

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1、镁合金带材铸轧过程的计算机模拟-->1第一章绪论1.1引言镁及其合金的金属结构材料，因为其优越的物理性能和良好的机加工性能，在诸多领域已有多年的使用历史，如航天、汽车、家电等[1]。由于镁合金的加工技术种类不多，其抵抗腐蚀的能力差，市场售价又高，这一系列的原因致使镁合金的应用范围受到限制，远远落后于钢铁和铝合金。这一领域的材料没有任何材料，如镁，其发展潜力和现实应用的情况之间有如此大的差距，其中的一个主要原因是镁巨大的应用市场没有被发现。一方面随着生活质量的提高，人们对汽车的要求不再停留在质量方面，要求在这个基础上减小其重量，这促使生产厂商寻找合适的材料，另一方面随着人们对环保的重视，

2、环保性和再利用率高的材料得到人们的青睐，镁合金在这两方面的优越性推动了镁工业的发展，由此人们发现镁合金在交通方面应用研究的空缺，必须改变将航空、航天工业作为镁工业的发展推动剂的旧观念。由于密排六方结构的金属，其滑移系较少，所以塑性变形能力差，进行压力加工成形时比较困难，不过镁就是属于这种结构。但是大多数镁合金的铸造性能不错，80%的镁合金产品是经过铸造得到，多数铸造方法可以使镁合金成形，除此之外镁合金还可以用轧制、挤压、冲压、热锻及超塑性成形等方法加工。镁合金的压铸性能很好，因此际生产的产品中压铸的较多。不过这类铸件的机械性能不是很好，产品的尺寸得不到保证，且产品经常有缺陷。镁合金在普

3、遍使用上碰到了些许难题：(1)熔炼中易燃烧，热加工过程当中极易氧化；(2)容易与其他物质发生化学反应，容易被腐蚀；(3)高温下强度和蠕变性能差；(4)常温机械性能，尤其是强度、塑性和韧性需要提高；(5)合金系列较少，尤其是变形方面的研发进展缓慢[1,6]。由于上述原因使得镁合金生产成本提高，相比于铝合金，其性价比较低，这严重制约其应用市场的扩大和发展。欲扩大其应用领域，应积极开展一些新的成形工艺方法[1~5]。因此，开发一种低成本、短流程的变形加工技术，此种技术适合加工镁合金，是扩展镁合金使用的瓶颈环节。.....................................1.2镁

4、合金铸轧技术的研究在冶金和材料领域内铸轧技术是一种先进的技术，不同于传统带材的生产工艺，在这条生产线上，包括了连铸、轧制和热处理。铸轧技术具有以下优点：(1)铸轧过程中铸造和轧制同时进行，不像热轧那样还需要对材料进行加热、开坯，使材料的消耗减少，能源利用率提高。(2)提高了产品的成材率。(3)由于设备集中，所以其占有的空间小，建造起来比较快，投资少，生产成本低。(4)生产线能够稳定、连续的运行，生产流程变短，生产效率极大的提高，使得产品的生产周期减小，这对开发生产的自动化有利。(5)生产的产品质量不亚于传统流程制造的产品，能够生产传统流程轧制困难的材料，特别是具有特殊性能的材料。目前国

5、内外主要把铸轧技术应用于钢铁材料[8]和铝合金[7]，而镁合金的连续铸轧技术应用则比较少。由于市场的竞争、环境保护、材料的性能等约束条件，人们认识到了镁的开发的潜力，对镁的研究加紧了开发力度，并取得了一定成果。S.S.Park[9]使用水平式双辊薄带铸轧机对AZ31和AZ91镁合金进行加工，获得了2mm厚的带材。浇注速率为4~4.5m/min，并观察了铸带的金相组织。通过金相组织观察，发现AZ31镁合金薄带边缘取样的微观晶粒边部是柱状晶，中间为等轴晶。而AZ91镁合金的则是细小的等轴晶。用该两种镁合金生产的薄带产品机械性能测试结果和通过传统方法铸造出的产品不差上下。日本的H.aeng等

6、[11]利用立式双辊薄带连铸机制备了厚80~150μmMg-Zn合金薄片，对该薄片进行深加工得到Φ10mm的棒材。组织性能分析表明，棒材的晶粒尺寸大约为10μm，显微硬度显著增加。S.S.Cho等[12]制备了厚100~300μm的Mg-Al合金薄片，通过对微观组织的研究，发现镁基体上Al的固溶度有所增加，由平衡时达到的1%扩展到了10.6%，晶粒尺寸细化效果非常明显，显微硬度和拉伸强度得到显著提升，合金的耐腐蚀性能加强。60B，AZ91D，AM50A和AZ31B等材料进行了实验研究。研究发现，为了保证浆料铸轧时的半固态状态，供料箱温度必须维持在595—640℃。在Φ300mm×100

7、mm双铜辊铸轧条件下，铸轧速度15—30m·min-1，生产的带坯厚度3—4mm。此外，in-1，静置时间10min，搅拌时间&nbs-->p;15min，浇注温度560℃。通过微观组织观察可看见：板材横断面固相颗粒在轧制中发生形变，只是纵断面的方向上形变有些大，说明在此方向上容易发生塑性变形，该方向是轧制方向。.......................................第二章铸轧区流动传热的分析金属熔体流入铸轧区，在这一空间