AZ80A镁合金半连续铸造数值模拟及均匀化退火工艺研究

发布时间：2019-07-31 20:10

【摘要】：镁合金具有密度低、比强度高等优良特性,是目前实际应用中最轻的金属结构材料,被广泛应用于汽车、航空航天、电子和军工等领域。大尺寸镁合金铸棒作为加工大尺寸挤压件和锻造件的必需原料,在装甲、导弹外壳及汽车轮毂等方面具有广阔的应用前景。然而大尺寸镁合金铸棒的生产面临诸多难题,铸棒横截面尺寸越大,偏析和热裂倾向越严重,导致铸棒成品率偏低,同时其变形加工能力较差。针对上述问题,本文以半连续铸造生产的直径600mm的AZ80A镁合金大尺寸铸棒为研究对象,进行半连续铸造过程数值模拟及均匀化退火工艺研究。1.AZ80A镁合金半连续铸造过程数值模拟。采用铸造模拟软件Pro CAST进行半连续铸造过程的数值模拟,研究铸造温度等工艺参数对温度场及应力场分布的影响。模拟结果表明:AZ80A镁合金铸棒的液穴深度随着铸造温度的升高和拉坯速度的加快而增加,随着冷却强度的提高而减小;糊状区深度随着铸造温度的升高和冷却强度的提高而减小,随着拉坯速度的加快而增加;拉坯速度对液穴深度和糊状区深度的影响最大。AZ80A镁合金铸棒的表层受压应力作用,内部则受拉应力作用;铸棒的等效应力随着铸造温度的升高,拉坯速度的加快和冷却强度的提高而增大。在稳态情况下,AZ80A镁合金铸棒心部的热裂倾向均高于铸棒边部;铸棒的热裂倾向随着铸造温度的升高和二冷区冷却强度的提高而减小,随着拉坯速度的加快而增大,而一冷区冷却强度的提高对其影响较小。直径600mm的AZ80A镁合金大尺寸铸棒合理的铸造工艺参数范围为:铸造温度680~700℃,拉坯速度20~25mm/min,一冷换热系数1000~1500W/m~2·K,二冷换热系数4000~5000W/m~2·K。2.AZ80A镁合金均匀化退火工艺研究。采用显微组织观察和力学性能测试等方法,研究不同位置铸态合金,以及不同均匀化退火工艺下合金显微组织和力学性能的差异,确定最佳均匀化退火工艺参数,同时建立均匀化退火动力学方程。实验结果表明:从AZ80A镁合金铸棒的心部至边部,β-Mg17Al12相逐渐变为断续分布,枝晶臂间距和第二相百分含量逐渐减小,α-Mg基体显微硬度逐渐增大;铸态合金的抗拉强度逐渐增大,屈服强度相对稳定,延伸率有增大趋势;铸态合金的室温拉伸断口表现出沿晶脆性断裂特征。随着高温拉伸试验温度的升高,铸态AZ80A镁合金的抗拉强度逐渐降低,延伸率逐渐增大,铸态合金的高温拉伸断口表现出韧性断裂特征。均匀化态A Z80A镁合金的抗拉强度和延伸率,较铸态合金均有所提升,室温拉伸断口表现出具有塑性特征的解理断裂形貌;铸棒心部和边部的最佳均匀化退火工艺参数分别为420℃下保温10h,以及400℃下保温15h,同时选择400℃下保温20h作为直径600mm的AZ80A镁合金大尺寸铸棒的最佳均匀化退火工艺参数。以Al元素的枝晶分布情况为基础,建立的AZ80A镁合金均匀化退火动力学方程为(?),计算结果与实验结果基本相符合。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG292;TG166.4

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