Al-Ti-B细化Mg-20Al-0.8Zn镁合金及其半固态触变压铸研究

发布时间：2020-05-11 13:57

【摘要】： 镁合金具有质量轻、比强度高和比刚度高,同时又具有导热性好、电磁屏蔽性好、减震性能好和可以回收利用等特点,满足了汽车工业减重、节能、环保以及通讯电子器件高度集成化和轻薄小型化的要求。作为工程结构材料,镁合金必将受到越来越广泛应用。所以,关于镁合金开发及其成型工艺的研究将对实际应用产生一定的指导意义。本文选择了亚共晶范围内的镁铝合金,选定其含铝量分别为15%和20%,该成分合金满足半固态加工所需合金的基本特点。对该合金的制备、细化、触变成型所需半固态浆料(坯料)的制备以及触变成型工艺和触变压铸件热处理进行了系统的研究,研究结果对镁合金的进一步应用具有一定的指导意义。实验利用异质形核原理对铸态镁合金进行了细化研究,结果证明:所用中间合金Al-Ti-B能在该合金中形成高温TiB_2和AlB_2相,这些颗粒都是密排六方结构,它们的晶格结构与α-Mg相同,点阵错配度小,界面具有共格关系,可作为合金在凝固过程中的非均质形核核心,起到异质形核细化晶粒的作用。对细化后的镁合金半固态等温处理工艺及等温处理过程中的组织演变进行了研究,对该合金不同直径坯料的在等温处理过程中的升温曲线及保温时间与组织的关系进行了研究。结果表明:经中间合金Al-Ti-B合金化后,等温处理组织中固相球化速率加快,而长大速率相对于合金化之前明显减慢;不同直径坯料等温处理时,中心温度达到设定温度后保温20min时,球化效果最佳;等温处理过程处于固液平衡状态,低熔点共晶组织(α+Mg_(17)Al_(12))先形成熔化的诱导液相,并促使固相向球状转变。通过等温处理得到了适合半固态触变成型所需的坯料,选择了三组效果较好的等温处理工艺,进而研究了等温处理工艺及压铸工艺参数对触变压铸件机械性能的影响。采用正交实验方案,先固定压铸速度为3m/s,考察了等温处理工艺对合金机械性能的影响,得出最佳工艺,进而研究了压铸速度对合金机械性能的影响。最终结果为:当等温处理工艺为460℃,160min,压铸速度为2m/s时,压铸件综合机械性能较高,为:抗拉强度190Mpa和延伸率3.5%。实验表明:当半固态浆料固相较高时,粘度增加,流动性就降低,不利于补缩,这可能导致浇不足、冷隔、热裂等缺陷;同时,由于粘度值大,金属液中的气体排出速度降低,这将增加缩孔或缩松数量,所以,合金的机械性能较差。当半固态浆料液相较高时,虽然合金的流动性有所提高,但是由于较高的液相率,使得合金在凝固过程中的收缩更为明显,这可能导致产生更多缩松,对合金的性能也是不利的。该合金中铝的溶解度随温度变化较为明显,为此,对力学性能较好的试样进行了热处理,经热热处理后,合金的抗拉强度从190Mpa提高到205Mpa,延伸率从3.5%提高到5.5%。在410℃固溶后进行淬火,淬火获得的过饱和固溶体处于不平衡状态,因而有发生分解和析出过剩溶质(呈第二相形式析出)的自发趋势,但由于室温温度较低,一般只能完成析出的初级阶段;在180℃,时效8小时产生不连续析出与连续析出,析出相弥散分布,能起到强化作用。
【图文】：

示意图,实验装置,示意图,搅拌法

实验装置示意图【”]

斜槽,工艺过程,半固态浆料

斜槽壁上脱落并翻转，以达到搅拌效果。通过冷却斜槽的金属浆料落入容器，控制容器温度，即缓慢冷却，冷却到一定的半固态温度后保温，，达到要求的固相体积分数，随后可进行流变成形和触变成形，工艺过程如图1.4。为防止镁合金的氧化，该法中的冷却斜槽可以用斜管替换。冷却斜僧半固态金属半固态浆料冷却斜僧(a)(b)_熔一丫一一”“丫一l军JI沂雳t二二J杖怜!1半固态铸造卜‘、止.一‘J日二J‘百吧~礴造玫料加热(e)图1.4冷却斜槽法的几种工艺过程[37]影响斜槽法流变制浆工艺的主要因素有浇铸温度、斜槽的冷却速度和冷去能力、斜槽的材料、长度和倾角等。该方法设备简单，操作容易，但合金直接与空气接触，氧化严重。(7)其它半固态浆料的制备方法(复合法)以上是常见镁合金半固态浆料制备方法。国内外相关学者将上述方法进行改进或综合应用，发明了许多新型半固态浆料制备方法。如2001年美国麻省理工学院(MIT)的孔 rkoJA等提出的55盯M法(semi一50一 idRheoeasting)[‘8]就是将低过热度浇注和短时弱机械搅拌方法相结合，制备出半固态合金浆料;日本宇部株式会社将冷却斜槽(管)法和低过热度浇注法相结合，开发了NRC法 (NewRheocastingProcess)，并已成功获得工业应用138】;也有人将晶粒细化与近液相线浇注法相结合来制备半固态坯料。综上所述
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG146.22;TG29

【参考文献】