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SCR技术制备A2017合金半固态材料组织演化与扩展成形

王顺成  
【摘要】:本文研究工作是国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助项目“SCR技术制备半固态材料组织演化与扩展成形机制”(No.50274020)的部分内容,以A2017合金为对象,系统研究了一种能够连续高效制备半固态金属的技术,即单辊剪切冷却技术(Shearing/Cooling Roll process,简称SCR技术),并根据SCR技术的设备结构及工艺特点,提出半固态金属的连续挤压扩展成形新工艺,解决了SCR技术制备半固态金属与成形的一体化和连续化问题,主要工作及获得的研究成果如下: (1)设计和建立一台SCR实验机,采用实验机制备A2017合金半固态浆料,并流变铸造成半固态锭坯,揭示了SCR工艺参数对半固态合金浆料组织的影响规律,优化了流变铸造工艺参数。结果表明,随着熔体浇注温度的降低或者辊靴型腔高度的减小,半固态合金浆料组织从粗大的枝晶和玫瑰晶逐渐转变为细小均匀的等轴晶。在本实验机设计的技术参数条件下,浇注温度为760~780℃,辊靴型腔高度为4~6mm,SCR技术制备的A2017合金半固态浆料可直接流变铸造得到质量良好的半固态合金锭坯; (2)通过对SCR技术制备A2017合金半固态浆料辊靴型腔内组织演化过程的实验观察,认为SCR技术制备半固态合金浆料过程存在搓动剪切动态凝固机制,使辊靴型腔内合金形成动态凝固形核→枝晶破碎→晶粒细化球化的组织演化过程,即熔体首先在冷却靴和工作辊表面凝固形核并以枝晶形态生长,在剪切搅拌作用下,枝晶脱落,部分枝晶退化成玫瑰晶,随着剪切搅拌作用的加强,枝晶和玫瑰晶破碎形成细小的等轴晶,等轴晶在碰撞摩擦过程中可形成球形晶; (3)首次采用有限元法对半固态合金连续挤压扩展成形过程热流耦合场进行三维数值模拟,建立了半固态合金连续挤压扩展成形过程的计算模型,确定了计算模型的边界条件和A2017合金的热物性参数,获得了辊靴型腔和模腔内合金温度场和流场,揭示了工艺参数和模具设计参数对温度场和流场的影响规律。模拟结果为优化工艺参数、设计扩展成形模具、控制产品组织等半固态金属的连续制


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