镁合金近液相线铸造制浆与电磁半连铸新工艺及其理论研究-材料加工工程专业毕业论文

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1、东北大学硕士学位论文镁合金近液相线铸造制浆与电磁半连铸新工艺及其理论研究姓名：张新建申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：崔建忠2003.2.1东北大学硕士学位论文摘要}两要，／镁合金是最轻的金属结构材料，比强度和比刚度高，具有防振动、屏蔽电磁波、良好机加工性等优异性能，近年来得到极人重视，在国防、军工、航空航天以及3C、汽车等民用工业部门得到越来越广泛的应j-}{I，被认为是21世纪极具发展游力的高效节能材料，目前在各国引起了广泛的开发热潮。我国镁资源丰富，应J_I=i市场广闽．发展前景光明。金属、B固态成形I艺(ssF)具有环保、节能、高效等特点，自诞生之日起，历经3

2、0余年的改进和发展，日趋成熟和完善，被誉为21世纪的金属成形工艺。电磁半连续铸造技术与常规铸造相比具有极大优势，可以细化组织，改善铸锭表面质量，减少铸锭内部夹杂，是一种新型铸造工艺。镁合金化学活性高，熔炼浇注过程中氧化烧损严重，常规半连续铸造热裂倾向严重，将半固态金属成形技术和电磁铸造工艺应用于镁合金，将具有非常光明的前景。L夕——一一’本文以AZ91和ZK60镁台金为例，在镁合金的熔炼过程中，添加2mass％的ca，实现了镁合念的无熔剂和气体保护熔炼，试验证明添加含金元素Ca可以起到显著的阻燃作用。采刚近液相线铸模铸造工艺制各了具有细小均匀组织的半固态浆料，而高温铸造组织枝晶发

3、达，晶粒粗大，夹杂严重：铸造前对合金熔体作适当静置，有利于组织的细化和球化过程；铸模冷却能力越强，铸锭组织晶粒越细小。分析比较各种工艺参数，得出AZ91镁合金最佳工艺条件：近液相线+静管30rain+水冷铁模。近液相线+静置15rain+铁模铸造：以及ZK60铸模铸造最住(艺条件：近液相线+静箕60rain+水冷铜模。，本文对ZK60镁合金铸锭进行了二次加热研究，得出最佳工艺条件：保温温度为600℃,--605℃，保温时间为10～】5min。将二次加热组织演变过程分为低熔点共晶相熔解，晶粒球化和晶粒长大粗化三个阶段。认为扩散机制、界面曲率与表面作用能机制是其演变的主要机制。本文在

4、近液相线铸模铸造的基础上研究了近液相线半连续铸造工艺。随铸造速度增加，铸造绍织逐渐粗化，适当静置处理有利于组织细化。得出半连续铸造的理想工艺条件：近液相线静置10rain+铸造速度15—16cm／min。本文认为近液相线半连续铸造时存在大过冷度，大大减小形核功，整体范围内瞬时大量形核，是组织细化的主要原因。采刚低频电磁半连续铸造工艺制备了中100ramAZ91镁合金铸锭。随铸造速度增加，铸锭边部组纵略有细化，铸锭心部钥织逐渐粗化；电流适中能得到均匀细小的组织，过大过小均不利于组织的细化；随频率的增加，铸键心部杖品越来越发达。i乜磁半连铸新工艺可以有效提高铸锭表面质量，减少内部夹杂

5、，降低裂纹倾向。电磁半连铸最佳一E艺条件为660。C+30Hz，40A电磁场+15～16cm／min。用ANSYS有限元软件对电磁半连铸过稃进行数值模拟，结果表明：金属熔体内部磁感应强度随渗透深度的增加逐渐衰减：相同频率电流下，熔体边部磁场强度随电流强度增加而不断增大，但由于集肤效应的存在，增加电流强度并不能显著增加熔体心部磁感应强度；低频电流、1．东北大学硕士学位论文摘要可以增加铸锭中部的磁场强度：施加电磁场厉产生的洛伦兹力引起熔体内部强迫对流，从而改善流场与温度场分布。大大减小断面温度梯度和铸锭液穴深度；本文对电磁半连铸镁合金组织的形成机理作了探讨，认为铸锭组织细化主要由三方

6、面因素促成：一是枝晶根部溶质富集发生颈缩，二是电磁力和熔体对流冲刷引起的机械打断，三是温度场均匀带来的心部熔体过冷度增大，以及，山部存在细小颗粒作为异质形核基底造成的形核数目大火增加。1夕／一／7√关键词：镁合金j半固态制驽近液相线铸造73国半连续铸造}电磁铸5驽越重i§翘p／一?东北人学硕士学位论文摘要AStudyontheTechnologyandTheoryofMgAlloysCastfromNear-LiquidusandDCCastunderElectromagneticFieldAbstractMagnesiumalloysarethelightestconstruc

7、tionalmetalmaterials．Duetotheirmanyexcellentpropertiessuchashighspecificstrengthandstiffness，electromagneticshielding，goodmachinability,magnesiumalloysaredeemedasoneofthemostpotentialmaterials，andhavereceivedmoreandmoreattention．Applicationso