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半固态合金(A356)触变成形流变特性及其浇道系统的研究

杨湘杰  
【摘要】:本文致力于半固态(semi-solid)铝合金(A356)在压铸环境下触变成形的流变特性及其浇道系统设计的研究,对有关的理论和方法作了深入系统的分析,围绕半固态铝合金触变成形(thixoforming)的流变特性及其良好的成形条件,进行了大量的试验,在获得试验数据的基础上,运用数据处理和数学方法,针对半固态铝合金触变成形中基于幂定律流动特性的粘度模型以及模具浇道系统的设计对成形零件机械性能的影响展开了研究工作。 本文的主要研究工作及创新点有以下几个方面: (1)压铸环境下半固态合金的流变试验 a.在深入研究半固态合金流变学研究现状的基础上,针对压铸环境金属熔体的流动为压力流动,并与毛细管流变仪内流体流动的特征相似的成形特点,提出并采用基于毛细管流变仪原理的半固态合金触变成形中流变特性测定的试验装置。 b.首次使用板类零件模具在生产工况下(大剪切速率、极短成形时间、高固相分数f_s=0.5),对半固态铝合金(A356)触变成形流变特性进行试验,并获得了正确的认识。 (2)半固态铝合金流变特性的研究 a.测定并计算在成形过程各个不同断面(压室、浇道、型腔)内,金属熔体的流动速度,运用雷诺数判据方式证实,在压铸生产中,半固态铝合金的流动为层流状态。 b.通过不同的充型速度和不同的锭坯二次加热温度(570 1 999年上海大学博士学位论文 ~5 80OC)流动试验,首次得知:当剪切速率在2 000一1 0 0005一,范 围,金属流体流动呈现伪塑性流变特性;当剪切速率大于1 00000 s一’,金属流体流动呈现涨塑性流变特性.首次获得大剪切速率(大 于1护s一’)环境下,半固态金属流动的流变方程,并用此方程对 流动过程进行计算机模拟.模拟结果与实际效果的吻合性良好. (3)浇道系统的研究 a.以相似性原理为基础,设计出单扇和双扇两大系列五种 浇道系统.对比不同浇道系统生产试样的抗拉强度、延伸率和 微观组织,获知:单扇浇道系统生产的试样在上述性能方面优 于双扇浇道系统,其中微弧单扇浇道系统生产的试样性能最好. b.在试验数据分析的基础上,首次提出在高固相分数 忧=0.5)时,半固态铝合金触变成形浇道系统的设计思想. c.通过对壁厚为1 mm断面的充填能力试验,首次证明,半 固态合金在良好的充型条件下,具有良好的薄壁充填能力.


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