铝合金液态模锻件偏析行为的研究

发布时间：2020-02-14 12:09

【摘要】：为了研究液态模锻零件的溶质元素偏析规律,首先从零件的结构入手,设计了包含直接液态模锻和间接液态模锻两种模锻方式的液锻零件,研究溶质元素偏析的区域效应;然后设计了结构单一的螺旋线试样,研究了溶质元素偏析的流程效应;最后研究了稀土元素对溶质元素偏析的影响。采用正交试验方法研究了浇注温度、挤压压力、挤压速度和冷却速度等液态模锻工艺参数对Si、Mg、Cu、Fe元素偏析的影响规律,以及工艺参数交互作用对各个区域溶质元素偏析的影响。得到了如下结论:在间接液态模锻热节区域,对Si元素和Mg元素偏析影响最显著的因素是浇注温度;对Cu元素和Fe元素偏析影响最显著的因素是冷却速度。液态模锻工艺参数间的交互作用对溶质元素偏析的影响较小。随着浇注温度的升高,溶质元素的质量分数逐渐升高,成分偏析程度会减小;随着挤压压力的提高,溶质元素的质量分数会逐渐降低,成分偏析程度会增大;随着挤压速度的升高,溶质元素的质量分数会不断地升高,成分偏析程度会减小;随着冷却速度的提高,溶质元素的质量分数会逐渐增大,偏析程度会减小。激冷区域分为上激冷区域和下激冷区域。在上激冷区域,Si元素偏析影响最显著的因素是挤压压力,Mg元素偏析影响最显著的因素是浇注温度,Cu元素偏析的显著影响因素是挤压速度,Fe元素偏析影响最显著的因素是挤压压力与冷却速度的交互作用。在下激冷区域,Si元素偏析影响最显著的因素是挤压压力,Mg元素偏析影响最显著的因素是挤压速度与冷却速度的交互作用,Fe元素和Cu元素偏析的显著影响因素是浇注温度。不同溶质元素偏析的主要影响因素不同。其原因是由于激冷区域的冷却条件、合金元素含量元素平衡分配系数和合金液相流动等因素造成的。在直接液态模锻热节区域,对Si、Mg、和Cu元素偏析最显著影响因素是冷却速度。对Fe元素偏析影响最显著的因素是挤压压力与冷却速度的交互作用。随着挤压速度的升高,溶质元素的质量分数会不断的升高,成分偏析程度会减小;随着冷却速度的提高,溶质元素的质量分数会不断减小,偏析程度会增大。对Si元素和Cu元素,随着挤压压力的提高,溶质元素的质量分数会不断降低,成分偏析程度会增大,而Mg元素和Cu元素却相反。研究了液锻零件沿流程长度方向上的溶质元素偏析和合金组织的变化规律。高浇注温度(710℃)时,在开放式流程时,流程长度方向上Si元素与Mg元素有正偏析也有负偏析,螺旋线的开始端出现正偏析,中部为负偏析,到零件末端的时候又出现正偏析。在限阻式流程的情况下,整个流程范围内均为负偏析,而且溶质元素的分布趋势与开放式流程趋势图的前半部分基本相似;螺旋线的开始端溶质元素的质量分数比较高,随着流程长度的增大,溶质元素质量分数逐渐减小。低浇注温度(630℃)时,在开放式流程时,整个流程长度方向上Si元素与Mg元素为负偏析,而且溶质质量分数随流程长度增加而逐渐降低。在限阻式流程时,随着流程长度的增大,溶质元素的质量分数逐渐升高然后才降低。过热度对流程长度上成分偏析的影响较大。在高过热度的情况下,流程长度上溶质元素偏析波动较多;在低过热度的情况下,流程长度上溶质元素偏析波动较少。合金液极限充型的情况下,合金元素的质量分数分布与流程长度不存在紧密的联系。研究了稀土铒元素加入后对溶质元素偏析的影响,结果表明铒元素的加入可以改变A1-Mg-Si合金中溶质元素的界面分配系数,并且可以改变最后凝固位置合金元素的偏析类型和偏析程度。在直接液态模锻热节区域,随着稀土铒元素加入量的增大,Si元素和Mg元素的偏析类型会从负偏析转变为正偏析;但是稀土铒元素加入对Cu元素和Fe元素的影响作用较小。在间接液态模锻热节区域,随着稀土铒元素加入量的增大,Si、Cu和Mg的负偏析会逐渐增大,而Fe元素的质量分数先减小后增大。在激冷区域,随着稀土铒元素加入量的增大,溶质元素的负偏析会增大。
【图文】：

零件图,轮形,零件,液态模锻

Ｆｉｇ－２－ｌ邋Ｐａｒｔ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｗｈｅｅｌ逡逑对零件的结构区域进行了热节区域与激冷区域的划分。通过模拟计算，得到逡逑液态模锻轮形零件温度场分布如图２－２所示，轮缘部分属于间接液态模锻，，在轮缘逡逑１０逡逑

矢量图,矢量图,流场,轮缘

的中也部位温度场的温度比轮缘的上下两部分要氋，轮缘上下两部较先凝固，可逡逑知轮缘的中部最后凝固属于轮缘的热节区域，而轮缘的上下两部属于激冷区域。逡逑轮屯、的中屯、部分是直接液态模锻的热节区域。其热节医域大体位置如图２－３所示。逡逑０逦Ｓ６０．０逡逑■４３？．ａｆ逡逑■ｗ．ｏ逡逑１＊３：：：逡逑Ｉｎ：：：逡逑２２９．０逡逑１９２．６－逡逑Ｃ逡逑W２－２零件温度场逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ｆｉｅｌｄ邋ｏｆ邋ｐａｒｔ逡逑逦＜１）１６０ｍｍ逦逡逑＼热节因位，／逡逑困２－３零件热节区域图逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｐａｒｔ邋ｄｒａｗｉｎｇ邋ｏｆ邋ｈｏｔ邋ｓｐｏｔ邋ｚｏｎｅ逡逑通过模拟计算得到合金充型的流场矢量图，如图２－４所示，合金在充满型腔后，逡逑合金凝固的时候，从图２＊４邋（ａ）看出，残余液相对轮缘的上下部分进行补缩。从逡逑图２￣４邋（ｂ）看出，轮缘下部较先凝固，凝固后期残余液相主要对轮缘上部补缩。逡逑■ＳＨＫＳＨ逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图２￣４流场矢量图逡逑Ｆｉｇ．２￣４邋ＶｅｃＵ）ｒ邋ｆｉｅｌｄ邋ｏｆ邋ｆｌｏｗ逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG319

【参考文献】