AZ61镁合金双辊铸轧工艺研究

论文摘要

镁合金是最轻的金属结构材料,其比强度和比刚度高,阻尼性及机加工性好,具有防震、屏蔽电磁波等优异性能,近年来得到极大重视,在国防、航空航天以及3C、汽车等民用工业部门得到了广泛地应用。镁合金薄板是目前急需的产品,但由于镁合金自身晶体学的特点,轧制成形能力差,因而生产工艺过程复杂、生产效率低、成材率低、固定资产投资大、严重制约了镁合金板带的开发和运用。镁合金薄带双辊铸轧技术是当今镁合金行业主要研究的课题之一,该技术具有短流程、低能耗及节省投资等优点。铸轧过程中的主要工艺参数会影响铸嘴及铸轧区内温度场、流场及应力场的分布状态,并决定了铸轧能否顺利进行以及能否获得高质量的铸坯。本文利用有限元模拟软件ANSYS对镁合金薄带双辊铸轧过程进行了数值模拟,并根据模拟计算结果进行了镁合金铸轧实验,成功铸轧出了质量良好的AZ61镁合金薄带,取得了如下有价值的研究成果：(1)运用有限元分析软件ANSYS对不同铸轧速度、不同浇注温度下铸嘴及铸轧区内镁熔体三维温度场与流场进行了仿真模拟,建立了铸嘴及铸轧区内镁合金熔体的温度场及流场；并确定了合理的浇注温度和铸轧速度的范围；(2)运用有限元分析软件ANSYS建立了不同铸轧速度、不同浇注温度下铸轧区内的镁熔体的应力场,分析了不同工艺参数对其的影响,预测了铸轧薄带中可能会出现裂纹的位置,并提出在合理的范围内增大铸轧速度或提高浇注温度,可以使该最大应力值区域尽量靠近轧制出口端,防止边部热应力较大处同时承受较大的轧制力,进而防止边部裂纹的产生或进一步的扩展；(3)以AZ61镁合金为研究对象,结合模拟计算结果,应用双辊铸轧法进行大量的实验研究,确定了双辊铸轧生产AZ61镁合金薄带的最佳工艺参数：最佳浇注温度范围(700～720℃)、最佳铸轧速度范围(2.4±0.05m/min)；成功地、连续稳定地生产出了表面及边部质量均良好、厚5mm、宽420mm的AZ61镁合金铸轧薄带,并成功实现卷取。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 镁基合金材料概述
• 1.1.1 镁的基本性质
• 1.1.2 镁合金的基本性质
• 1.2 镁合金成形技术
• 1.2.1 镁合金铸造成形工艺
• 1.2.2 镁合金塑性成形工艺
• 1.2.3 镁合金的半固态成形
• 1.3 双辊铸轧镁合金板带工艺及现状
• 1.3.1 双辊铸轧工艺特点
• 1.3.2 双辊铸轧镁合金工艺研究现状
• 1.4 双辊铸轧过程数值模拟发展现状
• 1.5 镁合金双辊铸轧存在的问题和挑战
• 1.6 本论文课题来源、研究意义和主要内容
• 1.6.1 本论文课题来源和研究意义
• 1.6.2 本文研究的主要内容
• 第二章 双辊铸轧数值模拟的基本理论
• 2.1 温度场计算的基本理论
• 2.1.1 热量传递的基本方式
• 2.1.2 传热中的能量守恒
• 2.1.3 传热中的微分方程
• 2.1.4 传热中的边界条件
• 2.2 流场计算的基本理论
• 2.2.1 流场的基本控制方程
• 2.2.2 湍流模型
• 2.2.3 通用微分方程的离散化
• 2.3 应力场计算的基本理论
• 2.3.1 热弹塑性模型本构方程
• 2.3.2 热弹塑性模型的有限元算法
• 第三章 基于ANSYS的双辊铸轧数值仿真
• 3.1 模型的假设条件
• 3.2 物理模型及网格划分
• 3.3 计算的工艺参数
• 3.4 计算的物理性能参数
• 3.5 初始条件和边界条件
• 3.6 求解策略
• 3.7 计算流程
• 3.8 本章小结
• 第四章 数值模拟的计算结果与分析
• 4.1 铸轧速度对温度场、应力场及流场的影响
• 4.1.1 铸轧速度对温度场的影响
• 4.1.2 铸轧速度对应力场的影响
• 4.1.3 铸轧速度对流场的影响
• 4.2 浇注温度对温度场、应力场及流场的影响
• 4.2.1 浇注温度对温度场的影响
• 4.2.2 浇注温度对应力场的影响
• 4.2.3 浇注温度对流场的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 AZ61镁合金双辊铸轧实验研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 铸轧实验设备
• 5.2.1 镁合金熔炼炉
• 5.2.2 铸嘴
• 5.2.3 水平式双辊铸轧机
• 5.3 镁合金铸轧工艺流程
• 5.4 不同工艺参数对镁合金双辊铸轧的影响
• 5.4.1 浇注温度
• 5.4.2 铸轧速度
• 5.5 铸轧实验工艺参数的确定
• 5.6 实验中发现的其它问题的解决
• 5.7 最终实验结果
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介