旋转浇注法制备半固态AZ91D浆料研究

论文摘要

半固态金属加工技术被认为是21世纪最具有发展前途的近净成形技术之一,其关键环节是半固态浆料的制备。目前半固态镁合金研究较少。本文通过旋转浇注法制备半固态镁合金浆料,系统研究了工艺参数(浇注温度、旋转管转动速度和倾角)对镁合金半固态组织的影响规律,考察了初生固相的形态演变过程和球晶组织形成机理。实验结果表明,浇注温度、旋转管转动速度和倾角对半固态浆料的晶粒形貌和晶粒尺寸都有非常明显的影响。适当低温浇注的试样组织为细小的球状结构,而高温浇注的试样,浆料在旋转管中形成的大量晶核被熔化,在离开旋转管口时未能存活下来,组织形貌表现为粗大的枝晶。旋转管转速和倾角对镁合金半固态组织也有重要的影响。浇注温度和旋转管转速通过交互作用影响合金熔体流经旋转管时的温度分布,进而影响有效形核数目,最终影响初生相的形态和尺寸。只有浇注温度、旋转管转动速度和倾角达到良好的匹配时,才能显着地提高有效形核数目,进而获得优质的半固态浆料。此外,研究还表明,合金熔体中自由晶数目和浆料冷却速度共同决定着初生固相的尺寸和形态。自由晶数目少、冷却速度高,树枝晶形成的倾向较大;自由晶数量多、冷却速度低,球晶或近球晶形成趋势大。在旋转浇注工艺中,低过热浇注、凝固初期的激冷和搅拌混合可有效地激发熔体形核,促进晶粒游离,提高游离晶的存活率,这是获得良好半固态组织的关键所在。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 镁合金概述
• 1.2 半固态成形技术概述
• 1.2.1 概念与分类
• 1.2.2 半固态成形技术的特点及应用领域
• 1.2.3 半固态浆料制备与直接成形
• 1.3 合金半固态浆料制备及直接成形研究现状
• 1.3.1 机械搅拌式流变射铸工艺
• 1.3.2 压室内制浆式流变成形工艺
• 1.3.3 超声振动方法制备半固态金属浆料
• 1.3.4 液相线铸造（Liquidus Casting）制浆工艺
• TM)流变成形工艺'>1.3.5 New Rheocasting(NRC^TM)流变成形工艺
• TM)工艺'>1.3.6 Semi-solid Rheocasting(SSR^TM)工艺
• 1.3.7 Continuous Rheoconversion Process（CRP）制浆工艺
• 1.4 镁合金半固态成形技术的工业应用现状
• 1.5 课题研究的目的、意义及主要内容
• 1.5.1 课题研究的目的及意义
• 1.5.2 本课题研究的主要内容
• 1.6 本课题的创新之处
• 1.7 本章小结
• 第二章 旋转浇注法制备AZ91D镁合金半固态浆料
• 2.1 引言
• 2.1.1 镁的特性
• 2.1.2 镁合金的阻燃方法与机理
• 2.2 试验工艺条件与方法
• 2.2.1 AZ91D镁合金半固态浆料制备装置与原理
• 2.2.2 试验材料及方法
• 2.2.3 试验工艺流程及方案
• 2.3 工艺参数对AZ91D镁合金半固态浆料微观组织的影响
• 2.3.1 浇注温度对AZ91D镁合金半固态浆料微观组织的影响
• 2.3.2 旋转管转速对AZ91D镁合金半固态浆料微观组织的影响
• 2.3.3 旋转管倾角对AZ91D镁合金半固态浆料微观组织的影响
• 2.3.4 正交试验与结果
• 2.4 旋转浇注法制浆工艺参数的交互本质
• 2.5 旋转浇注法的优点
• 2.6 本章小结
• 第三章 镁合金半固态浆料近球晶组织形成的分析探讨
• 3.1 非枝晶组织的形成
• 3.2 旋转浇注工艺中镁合金熔体的形核
• 3.3 旋转浇注工艺中自由晶的形成与球化
• 3.3.1 旋转浇注工艺中自由晶的形成与球化
• 3.3.2 工艺参数对自由晶形成的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 主要结论
• 4.2 尚需进一步研究的问题
• 4.3 镁合金应用前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 Image-Pro Plus金相分析系统
• 攻读学位期间的研究成果