半固态轻合金流变模型的建立及应用

发布时间：2017-10-20 08:17

  本文关键词：半固态轻合金流变模型的建立及应用

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【摘要】：本文以Chen和Fan建立的流变模型为基础,经过理论分析得到修正后的半固态金属浆料的微结构模型。然后,将该微结构模型应用到半固态AlSi4Mg2合金体系和AZ91D合金体系流变特性的研究中。首先,通过研究剪切场中固相颗粒的聚集和解聚过程,修正该模型中描述颗粒聚集和解聚过程的表达式,进而推出半固态浆料内的微结构参量n(在任意时刻t,一个聚集体中所包含的平均固体颗粒数目)随时间t的演化方程。该方程包含了影响颗粒聚集程度的内部参量和外部参量(如剪切速率、剪切时间等)。研究表明,半固态金属浆料的微结构决定其宏观流变特性,而外部流动条件是通过改变浆料的微结构影响其宏观流变特性的,有效固相体积分数是联系二者的纽带。通过有效固相体积分数,表观粘度和剪切应力可表达成结构参量n的函数,从而确定半固态金属浆料的本构方程。其次,运用新的理论模型研究半固态AlSi4Mg2合金体系的流变行为。通过研究半固态AlSi4Mg2金属浆料稳态粘度的诸多影响因素如剪切速率、有效固相体积分数、固相体积分数等,揭示了半固态金属浆料处于稳态时的一系列特性。研究表明,半固态金属浆料的稳态粘度、聚集体平均大小均随固相体积分数的增大而增大,随剪切速率的增大而减小。这种变化趋势与已知的实验结论定性一致;有效固相体积分数在解释浆料的表观粘度与颗粒聚集程度相关性中起重要作用:剪切速率等外部流动条件是通过改变颗粒的聚集程度(进而影响有效固相体积分数)而改变表观粘度的。对于AlSi4Mg2合金体系的暂态流变行为,主要研究在等温剪切、等温静置时的流变行为。研究表明,暂态粘度与微结构也具有很强的关联性;颗粒的聚集和解聚过程决定着体系的微观特性,解聚过程只需几秒就能完成,而聚集过程则需要数百秒。由此可见,解聚率要比聚集率快两个数量级。最后,运用新的理论模型研究半固态AZ91D合金体系的流变行为,结论与AlSi4Mg2合金体系定性一致。
【关键词】：流变模型 表观粘度 固相体积分数 剪切速率
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 半固态金属成形概述11-14
• 1.1.1 前言11-12
• 1.1.2 半固态金属成形的两种工艺过程12
• 1.1.3 半固态金属成形技术的优点12-13
• 1.1.4 半固态金属浆料的制备13-14
• 1.2 半固态金属的流变理论基础14-21
• 1.2.1 流变学概论14-16
• 1.2.2 流体的粘度概述16-17
• 1.2.3 流体类型的分类17-21
• 1.3 半固态金属的流变特性研究现状21-23
• 1.4 本课题研究意义及内容23-25
• 第2章 半固态金属流变理论模型25-38
• 2.1 半固态金属浆料稳态流变模型的分类25-27
• 2.1.1 简单状态等温稳态流变模型25-26
• 2.1.2 复杂等温稳态流变模型26-27
• 2.2 半固态金属暂态流变模型的分类27-29
• 2.2.1 简单的暂态流变模型27-28
• 2.2.2 复杂的暂态流变模型28-29
• 2.3 Chen和Fan提出的模型29-35
• 2.3.1 聚集体平均大小随时间的演化方程29-33
• 2.3.2 半固态金属宏观流变性的本构方程33-35
• 2.4 新模型的建立35-38
• 2.4.1 Chen和Fan模型的不足之处35
• 2.4.2 以Chen和Fan模型为基础建立新模型35-38
• 第3章 半固态AlSi4Mg2铝合金流变性能的研究38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 模型参数的确定38-39
• 3.3 半固态AlSi4Mg2金属浆料的稳态流变行为39-41
• 3.3.1 稳态粘度η39-41
• 3.4 半固态AlSi4Mg2金属浆料的暂态流变行为41-45
• 3.4.1 半固态AlSi4Mg2金属浆料在等温剪切过程中的流变行为41-44
• 3.4.2 半固态AlSi4Mg2金属浆料在等温静置过程中的流变行为44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 半固态AZ91D合金流变特性的研究47-55
• 4.1 引言47
• 4.2 本构模型47-48
• 4.3 半固态AZ91D金属浆料的稳态流变行为48-50
• 4.3.1 稳态粘度η48-50
• 4.4 半固态AZ91D金属浆料的暂态流变行为50-54
• 4.4.1 半固态AZ91D金属浆料在等温剪切过程中的流变行为50-52
• 4.4.2 半固态AZ91D金属浆料在等温静置过程中的流变行为52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文60

【参考文献】

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本文编号：1066208