镁合金气钉枪枪体压铸热裂纹仿真与实验研究
本文关键词:镁合金气钉枪枪体压铸热裂纹仿真与实验研究
更多相关文章: 镁合金钉枪体 热裂纹 数值模拟 热处理 力学性能
【摘要】:气钉枪枪体作为一种压力容器,一般由铝合金或镁合金压铸而成。钉枪体结构复杂,壁厚不均匀,在实际生产中裂纹缺陷严重。论文通过模拟仿真与实验相结合的方法,优化镁合金钉枪体压铸工艺参数和浇注系统,减少钉枪体热裂纹缺陷,并对热裂纹形成机理进行分析和讨论;采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱、显微硬度测试以及X射线衍射技术等分析方法研究固溶时效处理对压铸镁合金缺陷带的微观组织以及压铸镁合金力学性能的影响规律。镁合金钉枪体裂纹主要发生在枪体主气缸顶部、主气缸螺纹连接处、主气缸侧面、主气缸与手柄连接处、手柄末端以及主气缸内。3D激光断层扫描和显微组织观察表明,裂纹类型主要为热裂。流场分析结果表明,高温金属液直接冲击主气缸处的型芯,主气缸部位有轻微的卷气现象。温度场分析结果表明,内浇口封闭较早,钉枪体获得的补缩有限,主气缸侧面存在孤立的熔池。通过设计三因素三水平的正交实验对钉枪体热裂倾向进行预测,结果表明,数值模拟预测的缺陷位置与实际生产中热裂多发位置基本一致,模具预热温度对钉枪体热裂倾向的影响最大,浇注温度其次,压射速度影响最小,当镁合金钉枪体浇注温度为690℃、压射速度为5m/s、模具预热温度为230℃时,枪体的热裂倾向相对最小,为0.0900。采用优化后的压铸工艺参数,经过气密性检测后,钉枪体合格率达到了72%,合格钉枪体平均泄漏量为21.6ml/min。对比分析九组工艺参数下,钉枪体主气缸侧面节点的固相分数与等效应力的变化关系发现,当镁合金固相分数大于50%时,各组均产生了等效应力,当固相分数大于90%时,拉应力迅速上升,此时,铸件产生热裂纹的可能性最大。对优化后的浇注系统进行数值模拟,结果表明,新方案避免高温金属液直接冲击主气缸处的型芯,充型平稳,排气效果良好;在凝固过程中,钉枪体温度场均匀,模具热平衡效果好,壁厚部位能得到浇口或溢流槽的补缩;枪体热裂倾向减小到0.0807。压铸实验表明,钉枪体热裂纹缺陷较少,其中主气缸处的热裂纹缺陷下降最为明显,主气缸顶部热裂纹基本消失。经气密性检测后,钉枪体合格率达到84%,合格钉枪体平均泄漏量为16.3ml/min。显微组织观察表明,固溶处理后,钉枪体主气缸处因网状脆性相富集而形成的缺陷带逐渐消失,在后续时效处理时,β-Mg17Al12呈层片状或短棒状重新从基体中脱溶析出,均匀分布于基体上,枪体主气缸处缺陷带消失。XRD测试表明,随着固溶处理保温时间的延长,p相逐渐消失,经时效处理后p相重新出现。能谱分析表明,压铸态基体中Mg和Al元素的分布极为不均匀,出现了不同程度的偏聚现象,经固溶处理后,合金元素得到充分扩散,Mg、Al元素在基体中的分布较为均匀。经410℃×14h和200℃×12h固溶时效处理后,镁合金抗拉强度和断后伸长率分别为203.3Mpa和3.71%,较压铸态组织分别提高了25.03%和57.20%,缺陷带处的硬度由原先的160.8HV下降到76.3HV,与基体组织相当。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TH49;TG249.2
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本文编号:1296631
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