镁电极液态模锻成型数值模拟及实验研究

发布时间：2020-06-10 18:41

【摘要】：随着对电源要求的不断提高,寻找较好的电极材料成为电极研究者研究的重点领域。镁合金具有较低的密度、较高的电化学活性、较负的电极电位和较高的能量密度等优点。本文从镁合金成型方法入手。首先,通过数值模拟软件Pro Cast对镁合金液态模锻的凝固过程进行仿真。对不同工艺参数下AZ31镁合金液态模锻进行对比分析,对液态模锻压力、浇注温度和模具预热温度三项工艺参数使用单一变量进行液态模锻进行实验,得出最优参数。然后,使用镁合金熔炼炉和通用液压机对仿真得出参数进行验证。最后,使用金相显微镜和电化学工作站对液锻态AZ31镁合金电极与铸态AZ31镁合金电极进行实验对比,结果表明,液锻态AZ31镁合金晶粒得到细化,电化学性能也有了一定程度的提高。主要得出以下结论;(1)通过对不同压力下的镁合金液态模锻仿真分析发现,随着压力的增大,镁合金液锻件的缩孔缩松范围不断减小,当压力到达70Mpa时缺陷消失。因此在压力在60Mpa到70Mpa之间比较合理。通过对不同模具预热温度时镁合金液态模锻仿真模拟,发现在模具预热温度较低时(100℃时),液锻件产生了明显的热应力集中的现象,当模具预热温度在200℃的时候较大的热应力基本消失。模具预热温度在250℃和300℃时同样没有出现较大热应力的聚集,因此,模具预热温度在200℃到250℃时比较合适。通过对不同镁合金液的浇注温度下镁合金液态模锻的仿真模拟,在浇注温度为640℃时镁合金液锻件热裂显示器显示边缘产生热裂。当浇注温度为680℃时热裂显示消失,浇注温度为700℃时同样没有显示出现热裂显示,因此镁合金的浇注温度在680℃时较为合理。(2)通过AZ31镁合金液态模锻实验验证了使用仿真数值分析推荐工艺参数镁合金AZ31液态模锻件没有产生明显缺陷,证明了仿真结果的正确性。(3)通过金相显微镜对铸态AZ31和液锻态AZ31组织进行对比发现液锻态AZ31相比铸态AZ31晶粒得到细化。(4)使用电化学工作站进行对铸态和液锻态AZ31使用Tafel极化曲线和线性扫描法进行对比试验,液锻态AZ31电极电位更负且耐腐蚀性能更好,且电流放电比较稳定。
【图文】：

示意图,液态模锻工艺,流程,示意图

注直接进入型腔，压力则通过冲头平稳地施加在金属液面上，金属液获得并保持等静压，因此金属组织致密均匀，晶粒细化。而同模锻相比较，两者都是在施加压力下成形。但是模锻是通过压力作用使固态金属材料发生塑性变形而获得零件，所获铸件为变形的组织，，而液态模锻则是在压力的作用下金属液流动充满型腔，在成形过程中只有少量的塑性变形发生，因此该方法所获得的铸件为铸态组织。除此之外，对于形状比较复杂多变的制件，模锻的过程一个型腔不能够完成，而液态模锻可以。1.3.2 镁合金液态模锻成型流程及其特点镁合金液态模锻过程，首先是将熔炼炉中的镁合金液浇注到液态模锻专用的模具中，然后模具上模在压力机的驱动下对下模具中的液态镁合金进行施压，镁合金在压力的作用下迅速凝固成型，成型结束后顶出液锻件，完成镁合金液态模锻流程[10-15]。流程示意图如图 1 所示：

示意图,液态模锻,过程,镁合金

河南工业大学硕士学位论文度和温度差，从而驱动镁合金液的自然流动，如下图 b 所示。当镁合金液态模锻上模冲头向下挤压镁合金液时，使液态镁合金液相上模运动方向相反的方向流动。这个过程就是镁合金液态模锻时金属液液上模的反向流动。如下图 c 所示。在液态模锻保压阶段，凝固过程在压力下进行补缩，驱动金属液变形流动，这就是 d示意图中显示的合金液向下回流。
【学位授予单位】：河南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG319

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