收藏本站
《华中科技大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

半固态镁合金材料及其制备技术的研究

李东南  
【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。针对目前半固态镁合金研究较少和制浆机剪切速 率较低的特点,本文首次采用高剪切速率双螺杆机械搅拌制浆机和半固态流变压铸 成形机组,研究了 AZ91D 镁合金半固态浆料制备工艺及材料组织与力学性能之间 的关系。该技术为镁合金产品的推广和应用开辟了新的途径。 率先比较研究了单螺杆和双螺杆制浆机的制浆效果。高剪切速率的双螺杆制浆 机可获得固相率为 15%~60%、晶粒平均直径为 35μm~55μm左右的超细球团 状组织。单螺杆制浆机由于其剪切速率低,对物料的混合作用不强烈,制备的非枝 晶组织呈条状或不规则块状分布,晶粒平均直径为 80μm~100μm左右。 系统地研究了镁液浇注温度、筒体温度和剪切速率对双螺杆制浆机制备的半固 态浆料质量的影响。得出镁合金半固态浆料制备的最佳工艺参数范围为:镁液浇注 温度 605℃~625℃,筒体温度 575℃~590℃,剪切速率 4100 s-1~6830s-1。结果表 明,随着镁液浇注温度或筒体温度的降低,半固态浆料的固相率提高,晶粒变得更 加细小、圆整。螺杆剪切速率越大,半固态浆料的固相率越低,晶粒的圆整度变化 不大。一方面,随着剪切速率的提高,螺杆对熔体的剪切作用加强,另一方面,剪 切时间相应缩短。剪切速率低于 1365s-1时,组织形态明显恶化。半固态镁合金浆料 具有很好的充填性能,采用半固态流变压铸成形技术,成功地生产出壁厚只有 1.1mm 的薄壁圆盘类零件,该铸件表面光洁,字迹清晰。 分别采用半固态流变压铸和半固态流变挤压成形工艺,成功地制备出直径为 φ50mm、高度约为120mm的优质半固态坯料,晶粒平均尺寸分别为40~60μm、50~70 μm,半固态流变压铸坯料的晶粒形貌更圆整。该坯料可以用于半固态触变成形。 探明了镁合金半固态流变压铸成形组织中浆料固相率和初生α-Mg相晶粒平均 尺寸与材料力学性能之间的关系。当半固态浆料固相率保持在 30%~50%时,既有 较好的充填能力,又具有较细小、园整的非枝晶组织,此时试样的力学性能最佳。 I WP=5 随着初生α-Mg 相晶粒尺寸的增大,试样的抗拉强度逐渐降低;晶粒大小在 35~45 μm 范围时,试样的延伸率变化不大;当晶粒平均尺寸增大到 50μm 以后,延伸率 急剧下降。通过非线性回归分析,建立了半固态流变压铸成形试样力学性能的数学 模型。 研究了热处理工艺对镁合金成形试样力学性能的影响。结果表明,半固态流变 压铸成形试样克服了液态压铸成形试样在固溶处理或时效处理过程中出现析出气 孔或显微疏松等缺陷而不能热处理的缺点,可通过热处理工艺进一步提高其力学性 能。在铸态时,镁合金半固态流变压铸成形试样与液态压铸成形试样的力学性能相 当,抗拉强度为 192MPa,延伸率为 2.3%,硬度值为 74HB。固溶处理之后,抗拉 强度提高了 15%,延伸率提高了 210%,硬度值略有降低。时效处理之后,抗拉强 度提高了 13%,延伸率略有升高,而硬度值提高了 16%。 提出了高剪切速率条件下非枝晶组织的形成机理,既有破碎枝晶的机械球化现 象,又有熔体内部均匀形核-平面生长的过程,并建立了半固态组织演化过程的物 理模型。螺杆搅拌引起的熔体流动及机械剪切力使得初始生成的树枝晶在长大的过 程中发生碰撞、破碎、熔断而机械球化。对半固态流变压铸成形组织进行面扫描分 析的结果表明,未见明显的溶质扩散层,细小的网状共晶相中析出了大量的晶粒尺 寸为 5μm~10μm 的二次α-Mg 相。由此可见,在高剪切速率的双螺杆作用下, 晶粒结晶界面前沿的温度梯度和溶质浓度梯度极小,一方面,导致液相中各处的形 核几率相等,晶粒在各处形核更加趋向于同时性,另一方面,抑制了树枝晶的生长, 有利于晶粒按照平面方式生长。筒体内壁和双螺杆螺棱处首先结晶的晶核随着螺杆 的运动被很快地带到高温熔体中,极大地增大了熔体中的晶核数,从而减小了晶粒 尺寸。高速旋转的晶核无择优生长的条件,最终使得晶核逐步演变成球状晶粒。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG249.9

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;“全国铝及镁合金熔铸技术交流会”论文征集启事[J];轻合金加工技术;2011年08期
2 ;“全国铝及镁合金熔铸技术交流会”论文征集启事[J];轻合金加工技术;2011年06期
3 王树谷;;推进再生镁规范发展[J];中国金属通报;2011年35期
4 韩宝军;罗贞礼;侯宇;;镁合金表面纳米化与稀土扩渗合金化改性技术简析[J];新材料产业;2011年05期
5 朱亮;赵明;高福勇;;外加磁场下AZ31镁合金磷化膜结构及耐蚀性研究[J];表面技术;2011年04期
6 惠媛媛;;浅谈镁合金的焊接工艺[J];中国新技术新产品;2011年18期
7 王凤平;张玉楠;吕红梅;;AZ91D镁合金在NaCl溶液中的电化学噪声现象[J];辽宁师范大学学报(自然科学版);2011年02期
8 邹志文;熊守美;;锶、钕对Mg-9Al-1Si-0.3Zn合金微观组织和力学性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2011年08期
9 张萍;张保丰;刘德波;;镁合金强韧化方法的研究进展[J];科技资讯;2011年22期
10 王瑞权;;镁合金半固态压铸缺陷分析与防止[J];金属加工(热加工);2011年13期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘川林;曹洋;黄少东;唐全波;赵祖德;;镁合金等温成形工艺的研究及应用[A];2002年材料科学与工程新进展(上)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
2 董青;罗勤;罗斌;江萍;;镁合金碎屑的回收利用[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
3 张娅;曾小勤;卢晨;丁文江;;ZK60-MM镁合金铸态和挤压态组织和性能研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
4 周学华;卫中领;徐乃欣;陈秋荣;;不同稀土的添加对AZ91D镁合金腐蚀性能的影响[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年
5 李元东;郝远;阎峰云;;SIMA法对AZ91D镁合金非枝晶组织的细化作用[A];第二届半固态金属加工技术研讨会论文集[C];2002年
6 李忠盛;杨明波;潘复生;张静;;Zn对Mg-3Al合金铸态组织的影响[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
7 杨成君;肖秀山;汪洋;林贵华;;从重庆长安公司看中国镁的应用技术[A];海峡两岸第二届工程材料研讨会论文集[C];2004年
8 张娅;曾小勤;卢晨;;ZK60-MM镁合金铸态和挤压态组织和性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
9 毛卫民;陈洪涛;甄子胜;;AZ91D镁合金的电磁搅拌组织[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
10 毛萍莉;刘正;王长义;王峰;;挤压态AM30镁合金高速冲击载荷下的失效形式及断裂形貌分析[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 陈承英;镁合金科技产业园项目在牡丹区开工建设[N];菏泽日报;2009年
2 本报记者 李游 张炜玮;潘复生 全力打造镁合金基地[N];重庆日报;2005年
3 蔡春来;北京首特镁合金自行车打入德国市场[N];中国冶金报;2004年
4 ;镁合金用量逐年增加[N];世界金属导报;2005年
5 晶维;高强度镁合金材料问世 [N];中国有色金属报;2002年
6 张国光;镁合金在3C产品中的应用[N];中国有色金属报;2005年
7 立冬;天津大力发展镁合金自行车产业[N];中国有色金属报;2008年
8 印高乐;全球3C产品大幅增加镁合金应用[N];中国有色金属报;2003年
9 镁业分会会长 吴秀铭;依靠创新 推进镁合金应用[N];中国有色金属报;2009年
10 张纪贵;镁合金将广泛应用于电池产业[N];中国有色金属报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李东南;半固态镁合金材料及其制备技术的研究[D];华中科技大学;2004年
2 肖泽辉;镁合金半固态流变压铸成形技术的研究[D];华中科技大学;2005年
3 滕海涛;亚快速凝固条件下镁合金的凝固行为及其应用研究[D];大连理工大学;2009年
4 袁传军;铝、锌、镁合金电化学性能及机理研究[D];大连理工大学;2010年
5 邹东利;固溶态AM60B镁合金高速撞击变形及损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 刘娅莉;镁合金表面处理新方法及纳米改性轿车面漆的研究[D];复旦大学;2006年
7 颜廷亭;AZ31B镁合金的生物医用表面改性研究[D];南京理工大学;2010年
8 贾素秋;镁合金的腐蚀行为与防护[D];吉林大学;2006年
9 李光玉;镁合金表面有机涂层和化学镀层的研究[D];吉林大学;2006年
10 牛丽媛;镁合金锌系复合磷化膜成膜机理、微观结构及性能的研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程健杰;压缩形变AZ91D镁合金半固态加热及凝固组织研究[D];西安理工大学;2005年
2 翁文凭;镁合金半固态流变压铸充型规律及数值模拟研究[D];华中科技大学;2005年
3 白重任;镁合金半固态浆料组织特征及组织分析软件研究[D];华中科技大学;2005年
4 赵康培;基于数值模拟的镁合金通讯件压铸模具设计[D];哈尔滨理工大学;2004年
5 苏允海;双逆变脉冲磁场作用下镁合金TIG焊[D];沈阳工业大学;2006年
6 杨宁宁;镁合金搅拌摩擦焊接工艺及神经网络预测系统[D];西北工业大学;2005年
7 黄亮;铝和稀土元素对镁合金在NaCl溶液中腐蚀行为的影响[D];中国科学院上海冶金研究所;2001年
8 龙治辉;添加金属锆提高镁合金起燃点的研究[D];重庆大学;2007年
9 刘云静;AZ91D镁合金表面激光改性的组织和性能研究[D];太原理工大学;2011年
10 王恒;镁、铝异种金属激光胶接焊工艺的研究[D];大连理工大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026