液态模锻A356轮毂不均质性研究

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零件均质性是零件制造领域的一个高品质要求,是零件成形制造领域关键的共性问题。轮毂是一种关键受力零件,对均质化要求更高。液态模锻是一种绿色的近净成形铸造,液态模锻件成分和组织宏观不均匀性与重力铸造件之间存在明显的差异,其成分偏析和组织偏聚产生的机理和受控因素以及如何控制这种不均匀程度,进而实现零件的均值化,是液态模锻研究过程中值得关注的科学问题。本文以A356铝合金轮毂为对象,对液态模锻的不均质性进行研究。  首先,对比研究了三种加压成形工艺下轮毂的不均质性;然后,具体研究了液态模锻轮毂的不均质规律及相关机理;最后,采用数值模拟方法研究了液态模锻主要工艺参数对轮毂的不均质性的影响规律,得出均质性最优的液态模锻工艺方案,并通过实验验证该方案。  基于加压铸造对比试验得出加压成形件不均质现象方面的特点:低压铸造偏析度最大,组织偏聚明显,性能离差最大;铸旋偏析度最小,铸旋轮毂的非旋压区晶粒尺寸大约是旋压区晶粒的1.5倍,且旋压区组织呈现了一定的方向性,性能离差最小;液锻轮毂的偏析度介中,晶粒尺寸变化较小,但共晶硅偏聚严重,性能离差介于两者之间。  通过对比金属型铸造和液态模锻条件下轮毂的不均质性,得出液态模锻轮毂的不均质性规律:压力结晶区成分、组织较为均匀,均质性较好;急冷区产生负偏析,共晶硅分布不均匀;过渡区共晶硅在晶界处偏聚严重,导致性能偏离加重。经理论推导和实验分析后提出,凝固与流变的耦合是液态模锻偏析的根本机制,并提出了偏析判据M=(1-fSC)k0-1/q和宏观偏析度公式N*=k0[(1-fSC)k0-1/q-1]。  单因素法模拟液态模锻比压、浇注温度、模具预热温度和压头运动速度对轮毂的均质性的影响,模拟表明:比压在30MPa-90MPa之间时,轮毂的均质性随比压的增大越来越好,比压超过90MPa后,轮毂的均质性随比压增大越来越差;合金液的浇注温度越低,轮毂的均质性越好;模具预热温度越高,轮毂的均质性越好;充型速度越大,均质性越好。确定了均质化最优工艺参数:比压为90MPa,浇注温度为670℃,模具预热温度为300℃,加压速度为50mm/s。实验验证了均质性最优工艺参数条件下的均质性,偏析度为0.013,晶粒度最大离差为75.4μm。
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