文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
镁合金半固态流变压铸成形技术的研究
姓名:肖泽辉
申请学位级别:博士
专业:材料科学与工程
指导教师:罗吉荣;吴树森
20050401
华中科技大学博士学位论文
摘要
镁合金具有小的密度高的比强度比刚度好的导热性良好的阻尼减震能
力等优良性能符合对材料的轻量化和绿色化的要求其表现出强劲的发展势头
半固态技术综合了液态铸造成形固态压力加工的优点被认为是二十一世纪最具
有发展前途的近净成形方法之一得到了越来越广泛的关注目前国内外针对镁合
金半固态流变成形方面的研究相对较少本文采用自我开发的双螺杆机械搅拌制浆
机制浆与冷室压铸机配合进行镁合金半固态流变压铸成形研究该技术为镁合
金产品的开发和半固态技术的发展提供了新的有效途径具有重要的学术意义和较
大的实际应用价值
针对镁合金高温熔体易氧化燃烧的特点研究开发了容积定量气压输送的
镁合金高温熔体输送装置填补了国内空白该装置能有效防止输送过程中镁液产
生氧化夹杂等现象输送量误差能控制在范围内
分析了镁合金半固态浆料的特点设计了组合式多壁厚型腔的压铸成形模具
设计了一套简易可行的压铸压射速度测量装置该测量装置能测量的最短距离为
时间精度为
通过压射压力曲线分析及理论计算确立了镁合金半固态浆料在压射室内存在
理想流变形态时的流变压铸工艺参数压铸模温度压射室温度慢压射速度和一
快压射速度的影响并通过传热学分析建立了浆料在压射室内停留其温度的降
低与压射室温度固相率压射室涂料及停留时间的本构关系方程
试验研究了镁合金液态和半固态浆料在不同内浇口尺寸和不同内浇口速度条件
下的流变压铸充填过程在试验条件下液相表现为强烈的紊流充型而固相率为
15 半固态镁合金则表现为弱的紊流充型固相率为40 50 呈现明显的层流
充填并同时表现出一定的胀流型特征
研究了镁合金半固态流变压铸成形宏观组织与流变流程的关系结果表明流
变流程对组织的影响与固相率密切相关其横断面组织呈现不均匀性表面存在固
I
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相颗粒少的激冷层中心部位存在固相积聚型壁越厚固相率越高成形试样组
织的不均匀性越明显中心部位固相聚集越多当壁厚增至5 mm时激冷层表现出
多层结构并出现液相过渡区域
探明了初晶固相颗粒的表面结构双螺杆搅拌制浆在初晶固相表面产生一个
存在成份过冷现象的紊流边界层初晶固相颗粒表面出现胞晶状结构紊流边界层
及胞晶组织便于初晶固相呈颗粒状长大同时胞晶组织的沟槽增大了固相颗粒
的表面积及其表面能使固相颗粒偏聚形成聚集结构的倾向增大此外胞晶沟
槽加强颗粒之间的啮合强度从而增大浆料的瞬态剪切应力
对镁合金半固态流变压铸成形的力学性能进行了测试研究固相率增加成形
试样的硬度和密度提高在固相率为40 左右时抗拉强度延伸率存在最大值
固相率达到58 左右时试样的抗拉强度和延伸率下降到很低的水平半固态流变
压铸成形试样能经过热处理进一步提高其力学性能克服了液相压铸不能进行热处
理的缺陷
分析了镁合金半固态流变压铸成形试样的断口微观组织液态压铸成形镁合金
的断口是一种典型的准解理断裂特征随着固相率的提高断口的电镜扫描中出现
的等轴韧窝数量逐渐增加半固态流变压铸成形的力学性能与初晶固相颗粒周围的
液相数量的关系很大固相率低时初晶颗粒固相周围的液相数量多初晶固相的
性能未能发挥成形试样的性能主要取决于液相随着固相率的提高固相颗粒周
围的液相数量减少初晶固相对成形试样性能的作用增强试样的性能得到改善
固相率增至一定程度时液相不能在初晶固相颗粒表面形成完整的液膜初晶固相
颗粒间出现孔洞成形试样的力学性能下降同时固相颗粒的偏聚加大了性能的
下降固相率达50 时固相颗粒之间存在着大量的孔洞试样的强度和塑性急剧
下降
关键词镁合金半固态流变压铸成形组织性能机理
II
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Abstract
Magnesium alloy, which fulfills the requirements of lightweight and friendly to
environment for materials, has very vast development foreground as a new engineering
materials because of its low density, high strength-to-weight ratio, high modulus, good
heat conductivity, superior damping characteristic, good m