强力熔体剪切下LM24及Magsimal-59合金压铸参数优化及定性分析

论文摘要

高压压铸（HPDC）（High pressure die cast）通过高压压力将合金熔体射入金属模具而制造金属铸件,是一种快速而经济的合金铸造技术。HPDC可用于铝合金、镁合金、锌合金的铸造,广泛应用于汽车、电器、电子零件及家用产品的成型。在高压压铸过程中,不合理的熔体充型可导致铸件中气孔和收缩等缺陷（ESCs）的形成,从而大大降低铸件的机械性能。因此,严格控制射料与充模工艺对HPDC铸件的质量起着决定性的作用。本文通过阶梯模具MC–HPDC（Melt conditioning high pressure die cast）铸造获得的样品,比较LM24铝硅合金中的气孔率,对其高压压铸参数进行优化。实验结果表明,在射料压力为60%,射料位置为200mm,触发压力为70bar条件下铸造的LM24合金,在光学显微镜下观察,MC-HPDC样品组织中含有较少的枝晶,等轴晶的增加对提高铸件的机械性能有着必然的影响。同时,对Magsimal-59铝镁合金进行强力熔体剪切后,采用常规压铸工艺制备铸件,组织结构及力学性能的研究实验结果显示:熔体强力剪切对Magsimal-59合金组织的影响主要有两方面,首先,由于熔体强力剪切的双螺旋旋转机制的强烈搅拌作用,在使合金凝固组织更加均匀,并形成显著的除气效果。同时,这也可能导致引入新的夹杂物和卷气。因此,熔体强力剪切和低浇注温度都会导致合金组织中存在较高的ESCs面积百分比,进而减少成分偏析带的厚度,使得外层偏析带内移。这些都导致了铸造样品具有较低的延展率。显然,在未经优化的HPDC工艺参数下制备的Magsimal-59铸件不能满足使用性能的要求,熔体强力剪切后HPDC工艺参数的优化是十分必要的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 简介
• 1.1 背景
• 1.2 研究目的
• 1.3 论文结构
• 第二章 文献综述
• 2.1 简介
• 2.2 凝固原理
• 2.2.1 均相成核
• 2.2.2 非均相成核
• 2.2.3 晶体生长
• 2.3 铸造铝合金
• 2.3.1 铝硅铸造合金
• 2.3.2 铸造铝镁合金
• 2.4 HPDC
• 2.4.1 简介
• 2.4.2 HPDC 中的缺陷
• 2.4.2.1 气孔
• 2.4.2.2 外部凝固晶体（ESCs）
• 2.4.2.3 缺陷带
• 第三章 实验技术与方法
• 3.1 简介
• 3.2 材料及样品制备
• 3.2.1 LM24 合金
• 3.2.2 Magsimal-59
• 3.3 MCAST 技术
• 3.4 铸造模具
• 3.4.1 TP-1
• 3.4.2 HPDC
• 3.4.3 减压测试（RPT）
• 3.5 成分及组织分析方法
• 3.5.1 化学成分分析
• 3.5.2 显微分析样品制备
• 3.5.3 电化学抛光
• 3.5.4 光学显微镜（OM）
• 3.6 晶体尺寸测定（定量金相）
• 3.7 拉伸测试
• 第四章 LM24 合金HPDC 工艺参数优化结果
• 4.1 简介
• 4.2 参数的优化
• 4.2.1 射料压力
• 4.2.2 射料位置
• 4.2.3 触发压力
• 4.3 参数优化后MC-HPDC 和HPDC 组织比较
• 4.4 结论
• 第五章 熔体强力剪切对 Magsimal-59 凝固过程的影响
• 5.1 简介
• 5.2 成分分析
• 5.3 热力学分析
• 5.4 熔体强力剪切对显微组织的影响
• 5.4.1 Magsimal-59 合金共晶组织
• 5.4.2 TP-1 和MC-TP-1
• 5.4.3 熔体强力剪对晶粒尺寸影响
• 5.5 HPDC 和MC-HPDC 实验结果比较
• 5.5.1 气孔
• 5.5.1.1 减压测试（RPT）
• 5.5.1.2 压铸样品中的气孔
• 5.5.2 ESCS
• 5.5.3 缺陷带
• 5.5.4 拉伸测试
• 5.6 小结
• 第六章 讨论
• 6.1 阶梯模具射料参数优化步骤
• 6.1.1 充型过程优化
• 6.1.2 熔体强力剪切作用对微观组织的影响
• 6.2 Magsimal-59
• 6.2.1 合金成分
• 6.2.2 热力学分析
• 6.2.3 晶粒细化
• 6.2.4 熔体剪切除气作用
• 6.2.5 HPDC 与MC-HPDC 缺陷
• 6.2.5.1 气孔
• 6.2.5.2 ESCs
• 6.2.5.3 缺陷带
• 6.2.6 机械性能
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 第八章 未来工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢