半固態(tài)AZ91D鎂合金流變鑄軋成形技術(shù)研究.pdf

1、誕生于20世紀(jì)70年代的半固態(tài)成形技術(shù)(Semi-solid Metal forming，簡稱SSM)是一種近終成形新技術(shù)，由于它具有成形零件致密、力學(xué)性能良好、機(jī)械加工量少、模具壽命長、可制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、環(huán)保、節(jié)能、高效等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，愈來愈受到世界各國的重視，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有發(fā)展?jié)摿Φ慕饘俪尚渭夹g(shù)之一。 鎂合金具有密度小、比強(qiáng)度高、剛度高、阻尼性能好以及電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為汽車和電子行業(yè)的重要輕質(zhì)材料，而實(shí)際應(yīng)用的

2、鎂合金部件大多是壓鑄件。3C(Computer，Communication，Consumption)產(chǎn)品中所廣泛使用的薄壁殼體類零件以及用于汽車工業(yè)中的高性能鎂合金零部件，對產(chǎn)品成形工藝的要求也越來越高了，壓鑄已經(jīng)不能滿足綜合性能好的要求了。半固態(tài)金屬成形技術(shù)具有非常廣闊的發(fā)展前景。目前對鎂合金半固態(tài)流變成形工藝及半固態(tài)鎂合金組織與性能的研究較少。 采用自行研制開發(fā)的半固態(tài)鎂合金流變鑄軋?jiān)O(shè)備，研究了AZ91D鎂合金的半固態(tài)鑄軋成

3、形過程。分別采用機(jī)械攪拌法制漿和斜槽法制漿兩種方法制漿，得到具有近似球形的非枝晶半固態(tài)鎂合金組織，半固態(tài)鎂合金漿料具有良好的流動(dòng)性，進(jìn)行流變鑄軋后得到半固態(tài)鎂合金流變鑄軋板帶，取樣觀察板帶顯微金相組織，并測試了相關(guān)性能；采用有限元分析方法，對半固態(tài)鎂合金流變鑄軋的制漿和鑄軋過程分別進(jìn)行了數(shù)值模擬，并且與工藝試驗(yàn)進(jìn)行了對比；在數(shù)值模擬和工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交設(shè)計(jì)對半固態(tài)鎂合金流變鑄軋過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 研究工作得到了如

4、下成果： 1．研究了AZ91D鎂合金半固態(tài)流變鑄軋?jiān)囼?yàn)的試驗(yàn)材料、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)過程。試驗(yàn)采用的半固態(tài)制漿方法為：機(jī)械攪拌法和斜槽法，整套試驗(yàn)設(shè)備均為自行研制開發(fā)。試驗(yàn)表明，該試驗(yàn)設(shè)備是可以滿足試驗(yàn)要求的。 2．通過采用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)半固態(tài)鎂合金流變鑄軋過程的溫度采集和精確控制，對鎂合金的半固態(tài)流變成形過程的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集以及模糊控制，試驗(yàn)表明該系統(tǒng)性能可靠，操作方便，并且能夠達(dá)到較高的控溫精度，為該加工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)

5、用奠定了基礎(chǔ)。 3．通過大量工藝試驗(yàn)，研究了半固態(tài)鎂合金流變鑄軋過程的工藝參數(shù)對鎂合金板帶組織的影響規(guī)律，即攪拌速度、靜置時(shí)間、澆鑄溫度對半固態(tài)鎂合金板帶組織晶粒的大小以及形狀的影響，從而確定最優(yōu)的半固態(tài)制漿和鑄軋工藝。 4．采用正交分析法得到機(jī)械攪拌法和斜槽法的最佳鎂合金半固態(tài)流變鑄軋的工藝參數(shù)，機(jī)械攪拌法的最佳工藝參數(shù)為：攪拌速度500r/min、靜置時(shí)間10min、攪拌時(shí)間15min、澆鑄溫度560℃。斜槽法的最佳

6、工藝參數(shù)為：澆入斜槽溫度630℃、斜槽傾角60°、斜槽長度0570m、靜置時(shí)間5min。 5．鑄軋板的加工試驗(yàn)表明：AZ91D和AZ31B半固態(tài)鎂合金鑄軋板帶都具有較大的變形能力(壓下量)。AZ91D的最大冷變形量達(dá)28％，最大熱變形量達(dá)47％，AZ31B最大熱變形量達(dá)57％以上。 6．熱處理工藝可以改善半固態(tài)鑄軋鎂合金板帶組織和性能，熱處理工藝在420℃附近最佳。隨著溫度的升高共晶組織中α-Mg晶粒不斷增多，形狀不斷向

7、塊狀變化，β相含量不斷減少，只剩少量、不連續(xù)狀的β-Mg<,17>Al<,12>相殘留在晶界處，α-Mg過飽和固溶體中重新彌散析出β相，這種彌散分布于晶內(nèi)的β相將既強(qiáng)化基體，又不限制通過晶界轉(zhuǎn)動(dòng)誘發(fā)二次滑移系啟動(dòng)的形變機(jī)制，達(dá)到強(qiáng)韌化的目的；隨著溫度的升高，初生α-Mg晶粒的顯微維氏硬度變化不大，共晶組織的硬度先隨溫度的升高而下降，當(dāng)溫度超過400℃時(shí)，又有所回升。 7．應(yīng)用有限元分析方法，對鎂合金半固態(tài)流變鑄軋過程的流變制漿和