触变注射成形镁合金组织和性能研究及成形模拟

论文摘要

触变注射成形技术是目前唯一进行镁合金工业化生产的半固态成形技术。此技术及其产品具有诸多优点。但相关的理论还未完善,如组织和性能的研究不够全面和深入,成形件的热处理尚未开展,成形过程的数值模拟也较少见等,应用不够广泛。相关研究必将对完善触变注射成形技术的基础理论和扩大实际应用产生深远影响。本论文全面深入的研究了触变注射成形AZ91D的组织,通过建立的微观组织定量分析体系对未熔固相进行了分析,并结合AZ91D粒料的等温处理实验结果,总结出了未熔固相演变的经验模型,接着探讨了其相应的热力学及物理特性。根据组织、孔隙率和试样拉伸断口形貌的变化,研究了工艺参数的影响,提出了拉伸断裂机制。热处理对成形件的影响也进行了探讨。最后,通过建立的本研究触变注射成形条件下,半固态AZ91D浆料的粘度变化模型,对AZ91D触变注射成形的充型过程进行了模拟,研究并优化了工艺参数,指导了实际生产。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 半固态成形技术研究概况
• 1.2.1 半固态成形技术概述
• 1.2.2 半固态浆料制备技术
• 1.2.3 半固态浆料的特点及其性质
• 1.2.4 半固态成形技术的方法
• 1.2.5 半固态浆料的球状晶形成机理
• 1.3 触变注射成形技术
• 1.3.1 触变注射成形技术原理及特点
• 1.3.2 触变注射成形技术成形过程
• 1.3.3 触变注射成形主要工艺参数
• 1.3.4 镁合金触变注射成形研究新进展
• 1.4 镁合金的热处理
• 1.4.1 固溶处理
• 1.4.2 时效处理
• 1.5 半固态成形过程数值模拟
• 1.5.1 半固态浆料流变性的数学描述
• 1.5.2 半固态合金成形过程数值模拟的研究进展
• 1.6 本论文研究内容及创新之处
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 创新之处
• 第二章 实验设备和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 触变注射成形设备及成形件
• 2.2.2 热处理装置
• 2.2.3 实体造型及数值模拟软件
• 2.3 实验方案
• 2.4 样品表征
• 2.4.1 差热分析
• 2.4.2 金相组织观察及形貌特征分析
• 2.4.3 微观形貌及成分结构分析
• 2.4.4 试样气孔率测试
• 2.5 力学性能测试
• 2.5.1 拉伸性能测试
• 2.5.2 硬度测试
• 第三章 触变注射成形 AZ91D合金组织
• 3.1 AZ91D铸锭和切削粒料微观组织
• 3.2 触变注射成形 AZ91D组织及结构
• 3.2.1 半固态 AZ91D结晶过程分析
• 3.2.2 典型触变注射成形 AZ91D组织和结构
• 3.2.3 未熔固相组织分析
• 3.2.4 液相凝固析出的固相组织特征
• 3.3 半固态镁合金微观组织定量分析的应用
• 3.3.1 图像处理
• 3.3.2 图像分析及特征参数计算
• 3.4 过程控制对触变注射成形镁合金微观组织的影响
• 3.4.1 料筒温度的影响
• 3.4.2 螺杆转速的影响
• 3.4.3 注射速度的影响
• 3.4.4 模具温度的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 触变注射成形 AZ91D未熔固相组织演变机理及分析
• 4.1 触变注射成形用 AZ91D粒料等温处理组织演变
• 4.1.1 固态等温处理温度对 AZ91D粒料组织的影响
• 4.1.2 固态等温处理时间对 AZ91D粒料组织的影响
• 4.1.3 半固态等温处理温度对 AZ91D粒料组织的影响
• 4.1.4 半固态等温处理时间对 AZ91D粒料组织的影响
• 4.2 触变注射成形 AZ91D未熔固相组织演变机理
• 4.3 变形 AZ91D粒料再结晶的必然性
• 4.4 未熔固相颗粒圆整化和熟化的必然性
• 4.5 未熔固相颗粒的聚集及分解
• 4.6 本章小结
• 第五章 触变注射成形 AZ91D合金拉伸行为及热处理
• 5.1 工艺参数对触变注射成形 AZ91D合金孔隙率的影响
• 5.2 工艺参数对触变注射成形 AZ91D拉伸性能的影响
• 5.2.1 料筒温度的影响
• 5.2.2 注射速度的影响
• 5.2.3 螺杆转速的影响
• 5.2.4 模具温度的影响
• 5.3 触变注射成形 AZ91D合金的塑性变形
• 5.3.1 镁变形时的滑移和孪晶
• 5.3.2 触变注射成形 AZ91D的塑性变形机理
• 5.4 触变注射成形 AZ91D合金的固溶和时效热处理
• 5.4.1 固溶处理对合金组织和硬度的影响
• 5.4.2 时效处理对合金组织和硬度的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 AZ91D触变注射成形过程数值模拟及工艺优化
• 6.1 模拟实验
• 6.1.1 模型及网格
• 6.1.2 材料物性与初始和边界条件
• 6.1.3 模拟参数的设定
• 6.1.4 半固态 AZ91D合金的流变模型
• 6.2 结果分析
• 6.2.1 料筒温度对充型结果的影响
• 6.2.2 螺杆转速对充型结果的影响
• 6.2.3 注射速度对充型结果的影响
• 6.2.4 模具温度对充型结果的影响
• 6.3 工艺参数优化
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表的学术论文及其它成果
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢