Mg-8%Al-xNd镁合金的压铸及其数值模拟

论文摘要

本课题利用仿真软件Flow-3D对试棒镁合金压铸件的充型过程进行了模拟仿真。模拟过程分为前处理、数值运算和后处理三个部分。其中,前处理是比较重要的部分。首先需要将图形导入到模拟软件中,根据各铸件的特点进行适当的剖分。随后设定边界条件确定合金液入口方向,设定物性参数及工艺参数进行模拟,并得出最优参数。研究结果表明,工艺参数为压射速度3.5m/s、模具温度200℃、浇注温度680℃。同时在此工艺参数下对Mg-Al-Nd合金进行实体压铸,通过显微组织观察、力学性能测试以及对压铸态Mg-Al-Nd合金的低周疲劳行为的研究,初步讨论了稀土元素Nd在Mg-Al-Nd合金中的作用。显微组织观察结果表明,稀土元素Nd的添加可以有效地细化压铸态Mg-Al-Nd合金的组织,并在晶界和晶内析出块状的Al11Nd3化合物。拉伸试验结果表明,对于压铸态Mg-Al-Nd合金而言,其拉伸性能不仅与实验温度有关,也与Nd的加入量有关:在四种实验温度下,含0.5wt%Nd的压铸态Mg-Al-Nd合金的抗拉强度和屈服强度都表现为最好,适量稀土元素Nd的添加可以有效地提高压铸态Mg-Al-Nd合金的强度,尤其是高温屈服强度。且时效处理可以进一步提高压铸态Mg-Al-Nd合金的力学性能。低周疲劳实验结果表明,稀土元素Nd的加入可以有效地提高压铸态Mg-Al-Nd合金的疲劳寿命;在疲劳变形期间,压铸态Mg-Al-Nd合金可表现为循环应变硬化、循环稳定和循环应变软化,主要取决于外加总应变幅的高低以及稀土元素加入量;压铸态Mg-Al-Nd合金的塑性应变幅、弹性应变幅与断裂时的载荷反向周次之间分别服从Coffin-Manson和Basquin公式。断口分析结果表明,低周疲劳加载条件下,合金的低周疲劳裂纹均是以穿晶方式萌生于试样表面,并以穿晶方式扩展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 镁及镁合金性能特点
• 1.2 压铸镁合金的技术发展
• 1.3 压铸镁合金特点
• 1.4 压铸镁合金的应用
• 1.4.1 在电子行业的应用
• 1.4.2 在汽车和摩托车行业的应用
• 1.4.3 在自行车零部件方面的应用
• 1.4.4 在其他行业的应用
• 1.5 稀土对压铸镁合金的作用
• 1.6 铸造模拟仿真
• 1.6.1 铸造过程的计算机数值模拟的国内外研究概况
• 1.6.2 模拟仿真数值算法及理论基础
• 1.6.3 压铸充型过程数值模拟
• 1.6.4 压铸凝固过程数值模拟及缩孔、缩松的预测
• 1.7 选题的背景和意义
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 实验材料及样品制备
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 压铸镁合金的计算机仿真技术
• 2.3.2 镁合金的熔炼
• 2.3.3 镁合金的压铸
• 2.3.4 压铸态镁合金的时效处理
• 2.3.5 压铸镁合金的显微组织观察
• 2.3.6 压铸镁合金的拉伸性能测试
• 2.3.7 压铸态镁合金的低周疲劳实验
• 2.3.8 断口形貌的扫描电镜观察
• 第三章 实验结果与分析
• 3.1 计算机辅助设计与分析
• 3.1.1 几何模型
• 3.1.2 浇注系统设计
• 3.1.3 计算机模拟仿真
• 3.2 镁合金试棒的数值模拟及检测
• 3.2.1 镁合金试棒的参数优化
• 3.2.2 镁合金试棒的性能检测
• 3.3 压铸态Mg-Al-Nd合金的显微组织及力学性能
• 3.3.1 压铸态Mg-Al-Nd合金的显微组织与分析
• 3.3.2 压铸态Mg-Al-Nd合金的拉伸性能与分析
• 3.3.3 压铸态Mg-Al-Nd合金拉伸断口形貌分析
• 3.3.4 讨论
• 3.4 时效对压铸Mg-Al-Nd合金显微组织及力学性能的影响
• 3.4.1 时效处理对显微组织的影响
• 3.4.2 时效对拉伸性能的影响
• 3.4.3 时效态Mg-Al-Nd压铸镁合金伸断口形貌分析
• 3.5 压铸态Mg-Al-Nd镁合金的低周疲劳行为
• 3.5.1 循环应力响应行为
• 3.5.2 低周疲劳寿命行为
• 3.5.3 循环应力-应变行为
• 3.5.4 疲劳断口形貌分析
• 3.5.5 讨论
• 第四章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢