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金属半固态成形技术具有成形件组织致密、力学性能高、模具寿命长等优点,经过30多年的发展已经取得了重要的进展,并将成为21世纪最有前途的金属材料成形技术之一。
本文以ZL201合金为研究对象,系统研究了半固态坯料的制备、二次加热、数值模拟、触变压铸以及固溶时效,并取得了以下研究成果:
采用近液相线半连续铸造技术制备的ZL201合金半固态坯料的微观组织为大量的等轴晶和少量细小枝晶;当电磁场频率为30Hz时,低频电磁搅拌半连续铸造制备的ZL201合金半固态坯料的微观组织为均匀、细小的非枝晶。
二次加热温度和保温时间共同影响着二次加热组织的演变过程,二次加热温度越高,组织演化进程加快;保温时间越长,晶粒球化效果越显著。采用等温二次加热,在630℃下保温15min~20min和在640℃下保温10min~15min,采用变温二次加热,当温度达到640℃时,均可获得均匀的近球形二次加热组织,固相体积分数在40%~60%之间,适合触变成形。
利用AnyCasting铸造仿真软件对半固态触变压铸充型过程进行了数值模拟,获得了理想的工艺方案:即压铸温度640℃,模具温度240℃,内浇口厚度11mm,低速阶段的压射速度0.1m/s,高速阶段的压射速度1m/s,粘度控制在10Pa·s~1Pa·s之间,在充型0.83s时,即充型60%时进行高速切换,金属浆料以层流方式充填型腔,减少了压铸件中气体的含量,有利于压铸件机械性能的提高。
ZL201合金半固态触变压铸件的组织为较大的棒状、近球状的初生固相和由细小枝晶、等轴晶组成的二次固相,比常规液态压铸件的组织致密。内浇口的厚度影响着初生固相的形貌和分布,当内浇口的厚度为11mm时,初生固相在铸件内部和浇注系统均匀分布;当内浇口的厚度为7mm时,初生固相在铸件内部分布得较少,且比较细小,而大量的初生固相聚集在浇注系统。
ZL201合金半固态触变压铸件经过535℃固溶9h和175℃时效6h处理后,硬度最大,为116.6HV,比固溶时效前提高了78.6%。