几种半固态镁合金流变特性的实验研究和数值模拟

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1、北京有色金属研究总院硕士学位论文几种半固态镁合金流变特性的实验研究和数值模拟姓名：江运喜申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：谢水生20040310摘要摘要，“，半固态金属加工技术作为一种新的会属加工方法在全世界范围内得到广泛重视，为此开发出多种制备半固念浆料的新方法。根据半固态金属浆料中非枝晶的产生原理．可以把半固念浆料制备技术分为两类：破碎树枝晶法和抑制树枝晶生成即控制凝固条件法。r本文在等温稳态条件下，对几种工业常用镁合余——Az91、AZ9lD和AZ92半固态合金浆料进行研究，探讨了不同搅拌工艺参数(搅拌温度、搅拌时J、自J、剪切速率)对半固态镁合金晶粒密度、晶粒

2、尺寸和表观粘度的影响。采用回归分析法建立半固态AZ91D镁合金在剪切速率为238s1时的固相体积分数和表观粘度之间的经验关系式。同时采用ANSYS软件对半固态AZ91D镁合金压铸工艺过程进行模拟。在研究搅拌温度对半固态合金晶粒密度和晶粒尺寸的影响发现：在较高温度下搅拌时，半固态浆料的晶粒密度小于在较低温度下搅拌的晶粒密度。在较高温度下搅拌时的晶粒尺寸大于高温段的晶粒尺寸。在研究了剪切速率对半固态镁合金晶粒密度和晶粒尺寸的影响发现：在相同温度条件下搅拌，剪切速率对镁合余晶粒密度的影响规律相似，即随着剪切速率的增加，晶粒密度逐渐增加，当剪切速率增加到275s“左右时，晶粒密度达到最大

3、值，然后随着剪切速率的继续增加，晶粒密度开始减小。(因此在本实验中，剪切速率存在一个最佳值，最佳剪切速率为275s～。而晶粒尺寸随着剪切速率的增大一直减小。丁。研究了搅拌时间对半固态镁合金晶粒密度的影响。发现半固态镁合金浆料的搅拌时间不宜过长，时间太长，会使一部分碎晶熔化或合并，晶粒密度大幅度下降。研究了搅拌工艺参数对半固态AZ91D镁合金表观粘度的影响规律：在相同的剪切速率下，搅拌温度越低，表观粘度越大。在相同温度条件下搅拌，随着剪切速率的增加，表观粘度开始减小，剪切速率增大到一定值后，表观粘度会出现一个小幅增加。这是因为在剪切速率较小时。虽然晶粒密度小，但是晶粒尺寸却很大。这

4、时晶粒尺寸对半固态合金的流动起主要作用，因此表观粘度很大：随着剪切速率的增加，晶粒尺寸继续降低，虽然晶粒密度有所增大，但是表观粘度仍然降低；当剪切速率达到某一值(本文中为275s1左右)后，晶粒密度达到最大，虽然晶粒尺寸很小，但是由于晶粒很多，从而使得表观粘度小幅升高。半固态AZ92镁合金的表观粘摘要度随着搅拌温度和剪切速率的变化关系与上面所讲的半固态AZ91D镁合金的表观粘度随着搅拌温度和剪切速率的变化关系的趋势是一致的。／根据以上实验结果，通过拟合获得了剪切速率为238s1时半固态AZ91D镁合金的R和仉之间的关系式：仉=0．00011exp(14．12206^)。)√／利用

5、获得的f，一仉的关系式，选择简化的汽车轮毂模型，对半固态AZ91D合金的压铸成形过程进行了模拟计算。通过计算获得充型过程的速度场和温度场，对不同压铸参数条件的模拟计算结果进行比较，分析表明压铸参数选择为半固态浆料温度5504C、模具温度300。C、充型速度lm／s时半固态AZ9ID合金的压铸成形过程温度均匀，充型良好。关键词：半固态镁合金搅拌技术压铸数值模拟abstractAbstractAsanewmetalprocessing，semi·solidmetalprocessinghasobtainedcloseattentionallovertheworldintheseyea

6、rs．Andmanynewmethodsofpreparingsemi—solidslurryhavebeendevelopedrecentIy．Accordingtotheprincipleofnon—dendriticgraingeneration，themethodscanbedividedintotwokinds：bothsmashdendritemethodandrestraintdendritegeneratingmethodnamelycontrolsolidificationconditionmethod．Severalsemi-solidmagnesiumall

7、oysasAZ91，AZ91DandAZ92areinvestigatedinisothermalsteady—stateconditioninthisdissertation．Theinfluenceofstirringtechnologicalparameterssuchasstirringtemperature，stirringtimeandshearratetograindensity，grainsizeandapparentviscosityofsemi—solidma