可控气压下镁合金消失模铸造充型凝固特征的基础研究

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1、华中科技大学博士学位论文可控气压下镁合金消失模铸造充型凝固特征的基础研究姓名：吴和保申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：黄乃瑜;樊自田20050428华中科技大学博士学位论文摘要镁合金密度小比强度比刚度高减振性导热性电磁屏蔽和抗辐射能力强易切屑加工易回收资源丰富等一系列优点是继钢铁和铝合金之后发展起来的第三类金属结构材料被喻为21世纪的绿色工程材料在汽车电子电器航空航天等领域具有重要的价值和广阔的应用前景本研究针对复杂薄壁镁合金铸件的特点将真空压差铸造和消失模铸造技术集成力求解决镁合金成形过程中的氧化燃烧和充型能力不足的问题开发了一种设备简单生产效率高铸件质量好的精确成形的

2、新工艺具有较高的学术价值和广阔的应用前景本研究揭示了可控气压下镁合金消失模铸造的工艺原理及其设备的设计原则研制了适用于镁合金的可控气压下消失模铸造的首台实验样机开创了一种非常适合于镁合金液态成形的可控气压下消失模铸造新方法与压铸相比它具有投资少生产成本低适应范围广铸件可热处理等优点与砂型铸造相比具有尺寸精度高表面质量好充型能力强补缩效果好等优点使金属液的充型速度由重力消失模铸造的50mm/s提高到80150mm/s能够满足壁厚3mm甚至更薄的复杂镁合金铸件的生产通过对可控气压下镁合金消失模铸造工艺的系统研究基本掌握了充气流量真空度涂层厚度浇注温度泡沫密度浇注系统最小阻流面积等工艺参数

3、对镁合金充型能力的影响规律得出了影响镁合金流动性的非线性数学模型1.60.013.641.69L1-5.107+2.736Q+55.645T-1.4322-1.9685为进一步制定工艺规范奠定技术基础运用优化的工艺参数成功地浇注出了壁厚3mm的汽车排气管等薄壁复杂镁合金零件本文采用电极接触测试法和摄影法对可控气压下消失模铸造镁合金的流动性充填形态充型速度变化规律进行了系统的研究基本掌握了可控气压下消失模铸造镁合金的流动性流动前沿形貌充型速度及其变化规律建立了低真空度条件下液态镁合金拱形推进的物理模型I华中科技大学博士学位论文系统研究了可控气压下镁合金消失模铸造的凝固特征探讨了可控气压

4、下消失模铸造和重力消失模铸造充型过程中镁合金沿程温度变化规律流动前沿温度的变化规律凝固方式凝固过程以及砂型散热规律分析镁合金动态凝固区间凝固的温度范围凝固时间及停止流动的机理得出了镁合金流动长度的热力学平衡方程d(1.62Q-kE)CL(T0-TK)+fsHMgdvEL=··gArH+2H(T-T)dtEEmLm指出镁合金消失模铸造非平衡态凝固的温度范围为160180凝固时间在66338s之间为镁合金补缩工艺的制定奠定了理论基础对可控气压下消失模铸造AZ91镁合金铸件的熔化工艺热处理工艺进行了优选并系统测试了镁合金的显微组织和力学性能分析了镁合金的结晶组织应力应变特征和断裂形貌指出可

5、控气压下消失模铸造镁合金具有较高的力学性能铸态条件下镁合金的抗拉强度b屈服强度0.2和延伸率分别可以达到180.8MPa113.2MPa和4.4%远远高于砂型铸造和重力消失模铸造镁合金铸件的力学性能经过T4热处理后镁合金抗拉强度屈服强度和延伸率可提高到258.70MPa143.63MPa和10.3经过T6热处理后镁合金抗拉强度屈服强度和延伸率分别为244.12MPa和161.21MPa和4.8%超过了金属型铸造砂型铸造和压力铸造镁合金铸件的相应指标通过对镁合金零件的浇注实验成功地浇注了汽车排气管电机外壳和飞机行李传送链轮等镁合金铸件并对常见铸造缺陷类型及形成机理进行了分析提出了相应的

6、防止措施为可控气压下消失模铸造技术在镁合金生产上的推广应用打下了良好的基础关键词镁合金可控气压消失模铸造充型凝固显微组织力学性能II华中科技大学博士学位论文AbstractMagnesiumalloycouldbeusedinautomobile,vehicle,electricappliances,communication,spaceandaviationandmilitaryindustriesbecauseofitslowerdensity,highstrength-to-weightratio,highmodulus,goodheatconductivity,wellele

7、ctromagneticshielding,superiordampingcharacteristic,goodmachinabilityandrichinnaturalresources.Itwasentitledasnewmetalmaterialsfriendlytoenvironmentinthe21stcenturyfollowingironandaluminumalloy,buthighoxidativecombustionandabsence