半固态镁合金垂直磁场搅拌工艺数值模拟研究

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1、摘要镁合金具有密度小，电子屏蔽能力强，阻尼减震性能好，机械加工方便等优点，使其在汽车、电子、航空等领域获得了越来越广泛的应用。但镁合金的应用远不及其它主要金属材料，造成这种现状的主要原因在于镁合金材料自身的强度低、脆性大、耐蚀性差和高温性能差等原因。因此，积极探索改善镁合金的机械性能和成形性能的途径，对于推动镁合金材料的应并发挥其性能优势具有重要意义。金属半固态成形技术具有组织致密、夹杂少，性能优异、且属于近终型成形，镁合金是最适合进行半固态加工的金属材料之一。因此该技术在许多工业具有广泛的应用前景。在电磁搅拌过程中，电磁搅拌参数和最终半固态浆料的质量密切相关。本文的目的在于通过模拟各个电磁搅

2、拌参数对于电磁搅拌过程中金属熔体的流动速度和运动规律，从而优化模拟参数。首先，利用ANSYS有限元分析软件建立镁合金半固态浆料电磁搅拌的磁流耦合场模型。通过对电磁场耦合模拟分析，得到了磁场磁力线分布情况、磁感应强度分布情况及镁合金熔体中洛伦兹力大小的分布情况。通过对流场进行模拟后发现，在熔体内部竖直方向上存在两个高度相等的漩涡，这与电磁搅拌机理一致。模拟得到的熔体内部流动速度最大值出现在熔体区域的右上角和右下角处，熔体内部的流动速度最小值位于漩涡中心附近。模拟中分别分析了流速场随搅拌频率、电流密度、搅拌温度和高径比改变而变化的基本规律。通过模拟参数确定了试验方案，分别观察和比较搅拌功率为O．9

3、4KW／堙、0．65KW／kg、0．38KW／妇，不同温度(590℃、580℃、570℃)下所取试样进行显微组织，发现在同一搅拌功率下，580℃时取样的显微组织最理想，因此580℃是一个比较合适的搅拌温度。分别对同一温度(580℃)，不同搅拌功率(0．94KW／堙、O．65KW／kg、0．38KW／kg)下，观察和比较所取试样进行显微组织，发现初生口．Mg均为非枝晶的近球状、蔷薇状组织。搅拌功率为0．94KW／kg时，初生口．Mg晶粒最均匀细小、圆整，因此0．94KW／姆是一个比较合适的搅拌功率。在电磁搅拌条件下，AZ91D镁合金熔体的激烈流动导致较为均匀的温度场和溶质场更加剧烈的温度起伏，促

4、进了半固态AZ91D镁合金球状组织的形成。所以，本文数值模拟部分得到的镁合金半固态浆料电磁搅拌下流场的流动规律，对试验具有一定的指导意义。关键词：AZ91D；半固态浆料；电磁搅拌；数值模拟；耦合场AbstractMagnesiumalloysarewidelyusedinautomotive,electricandaeronauticalindustriesduetotheirlowdensity，goodelectromagneticshieldingcharacteristics，m曲dampingcharacteristics，excellentmachinabilityandSOon．

5、However，theapplicationofmagnesiumalloysisfarlessthanthatofothermetalmaterialsbecauseofitsinherentproperties，aslowerstrength，poorcorrosionresistanceandlligh-temperatureperformanceandSOon．Therefore，itisimportanttoexploreactiveapproachofimprovingthemechanicalpropertiesandformability，inordertopushtheapp

6、licationofmagnesiumalloysanddeveloptheirsperformanceadvantages．Semisolidmetalforming(SSMorSSF)canbewidelyusedinmanyindustries，meanwhileitbelongstonetshapeformingandadvancedmaterialsmanufacturingtechniqueastheformedpartspossessmorecompactmicrostructure，lessentrapmentofgasandbettermechanicalproperties

7、．So，Magnesiumalloysareoneofthemostsuitablematerialsforthesemi-solidforming．Thequalityofsemi—solidslurryhascorrelationwiththeparameteroftheelectromagneticstirringinelectromagneticstirring．Thepurposeoft