Al-Si-Cu-Mg合金半固态变形特征及成形模拟的研究

【摘要】：本文以半固态金属成形技术应用于铝硅合金作为研究目标,选择具有较宽液固共存区的Al-Si-Cu-Mg合金作为研究对象,采用实验研究与数值模拟相结合方法,对半固态铝合金的变形特征与成形过程进行研究,研究结果对半固态铝合金成形技术的工程应用具有指导意义。 采用Gleeble-1500热模拟机,首先对Al-Si-Cu-Mg合金的半固态变形特征进行了应力应变测试。比较系统地研究了半固态铝合金的变形过程以及不同变形速率、变形量及变形温度对变形特征的影响作用,旨在寻求半固态铝合金流变特征的变化规律,同时为选择正确的粘度模型提供实验依据。 利用C++语言对几个表观粘度数学模型进行程序计算,结合半固态铝合金的流变特征对计算结果进行分析选择,得出适合于半固态铝合金触变充型模拟的表观粘度方程。根据能量守恒原则与质量控制原则,对触变成形浇注系统进行优化设计,获得最佳的内浇口截面积,并确定充填速度、压力及充型时间等基本工艺参数。 充填速度及压力作为入流边界条件,确定适当的初始条件和边界条件,并将所选择的表观粘度方程耦合到流场计算的基本方程中,对半固态铝合金平板件充填过程进行模拟计算,并与液态铝合金平板件的充填特征进行对比,分析半固态铝合金在触变成形过程的流动特点与充型特征。最后,本文对两个典型半固态铝合金铸件成形过程进行了模拟计算。结果表明,半固态铝合金充填平稳且具有层流流动特点,铸件具有良好的成形质量。