A356铸造铝合金液态模锻成形工艺研究

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在能源和环境危机日益严重的当代社会,轻量化是解决这些问题的有效途径之一,铝合金作为轻量化首选材料之一,采用传统的铸造和锻造方式,都有各自的优缺点,而使用液态模锻(挤压铸造)成形工艺可以结合两者的优点,有效满足实际生产要求。本文基于液态模锻成形工艺,以A356铸造铝合金为原材料成形简易轮毂件,对液态模锻凝固过程进行数值模拟并进行了成形实验,并对实验所得制件进行多种分析,最后研究了不同因素对制件的微观组织和力学性能的影响,希望能为液态模锻成形工艺的研究和工业化提供一定理论和实验基础。本文使用ProCAST软件模拟了轮毂件的凝固过程,研究了不同工艺参数对凝固过程的影响。结果表明,轮毂件的凝固是从表面开始,拐角区域的中心处为最后凝固区域,适合成形实验的工艺参数范围是:浇注温度680-720℃,模具温度200-300℃,比压200MPa以上。本文针对成形实验所得到的制件,研究不同成形方式、工艺条件等对制件组织和性能的影响。影响不同成形方式制件的组织和性能的主要因素是凝固时施加的比压,比压的增加提高了合金熔点,增加了凝固时的过冷度,提高了形核率,所以液锻件的晶粒更细小致密,性能更好。对制件进行EDS能谱分析发现,晶粒内主要为α(Al)相,晶界处主要为共晶硅,Si、Fe、Mn元在晶界处发生不同程度的富集。制件的最佳工艺参数为:浇注温度700-720℃、模具温度为250℃、保压15-30s。该工艺条件下制件组织多为细小的等轴晶,力学性能较好且比较稳定,热处理前制件的抗拉强度、屈服强度、延伸率分别在208.775MPa、102.907MPa和8.581%左右。T6热处理后,制件共晶硅组织变成了粒状,制件的强度得到很大提升,抗拉强度与屈服强度平均提高36.4%和125.5%,延伸率降低了24.65%。热处理前,力学性能较好的液锻件以韧性断裂形式为主,而热处理后,制件延伸率下降,断裂形式为准解理断裂。本研究发现制件的晶粒尺寸和力学性能有紧密关系,当共晶硅形貌无明显变化时,细小的晶粒会改善硅相的分布和晶界大小,提高了制件的力学性能。共晶硅的形貌对制件的力学性能有非常大的影响,粗大形貌的共晶硅严重降低了制件的力学性能。经变质处理后,制件的组织细化效果显著,共晶硅变质为纤维状,力学性能有所提高,其延伸率提高为变质前的1.2倍,为10.33%,而细化剂对制件组织和性能的提升效果没有变质剂明显。
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