铝硅合金半固态压铸成形产品缺陷的形成机理及控制研究

发布时间：2017-12-18 08:00

  本文关键词：铝硅合金半固态压铸成形产品缺陷的形成机理及控制研究

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【摘要】：日益广泛的铝合金应用,例如在汽车领部件上的应用,对铝合金产品提出越来越高的质量要求。半固态压铸成形技术,是一种能以低成本制备高质量铝合金产品的成形技术。其发展目标市场是有高质量高性能产品需求的高端市场,因而对产品缺陷控制有很高的要求。但是,由于缺乏对半固态压铸成形产品缺陷的系统性研究和控制方法,工程师们在生产实践中还是被产品缺陷所困扰。本课题的研究目的是揭示半固态压铸成形产品缺陷的主要影响因素和形成机理,获得缺陷的控制方法。为了实现该目标,本课题以铝硅合金为依托,综合应用实验分析、模拟分析等手段,对半固态压铸成形产品的主要缺陷进行了全面分析。气孔缺陷、鼓泡缺陷、缩孔缺陷是半固态压铸成形产品中主要的缺陷类型,闲此,对其展开了系统性研究。取得以下成果:(1)型腔气体卷入是半固态压铸成形产品气孔缺陷的主要成因。对于半固态金属流体前沿表面发生湍流卷气的倾向,内浇口速度和初始固相分数是主要影响因素。减小内浇口速度,有助于减少铸件表层、芯部的气孔孔缺陷。增大初始固相分数,有助于减少铸件芯部的气孔缺陷。在0.45的固相分数条件下,铸件表层气孔孔的形成频率最小。对于铸件表面发生补型卷气的倾向,模具温度的影响比初始固相分数的影响显著。提升模具温度、减小初始固相分数,有利于抑制铸件表层气孔缺陷的形成。卷入半固态金属中的气体不能在浮力的作用下脱离半固态金属。(2)鼓泡缺陷的形成具有一个临界温度,当热处理温度低于该温度时,鼓泡缺陷不会产生。增大保压凝固压力,鼓泡缺陷的形成临界温度降低,鼓泡缺陷的平均直径增大。减小气孔内初始气压、减小气孔的长短轴比、减小气孔的体积、增加气孔深度、提高合金的强度,都有利于提高鼓泡缺陷的形成临界温度。其中,气孔的体积、形状、深度对鼓泡缺陷形成温度的影响较为显著,其他因素影响较弱。(3)缩孔缺陷主要分布在产品芯部。增大保压凝固压力、增大初始固相分数,有利于降低试样芯部缩孔缺陷的面积比例。增大保压凝固压力、减小初始固相分数,缩孔缺陷形成的临界位置向试样芯部移动。增大保压凝固压力是应对缩孔缺陷最有效的办法。保压凝固压力的有效判决:当试样芯部温度达到固相线温度时,(?)(4)半固态压铸成形缺陷控制的六条方法:(a)选择合适的合金,(b)保证干净的熔体,(c)制备合格的半固态金属,(d)降低充型速度,提高模具温度,(e)设置充足的排气口,避免出现困气,(f)凝固过程避免出现热节。这六条方法已被运用到生产实践中,辅助模具设计、工艺制定,制备了多种无缺陷的半固态压铸成形产品。本论文的创新点在于:(1)确定了铝硅合金半固态压铸成形中,初始固相分数对气孔缺陷形成倾向的影响规律,(2)系统性地研究了铝硅合金半固态压铸成形产品热处理过程中,鼓泡缺陷形成温度的影响因素,并确定了主要影响因素,(3)确定了铝硅合金半固态压铸成形中,初始固相分数对缩孔缺陷形成倾向的影响规律,(4)形成了铝硅合金半固态压铸成形产品缺陷控制的六条方法。本论文的研究成果将有助于压铸工程师们理解半固态压铸成形产品缺陷的形成机理,为他们在生产实践中预测和应对缺陷问题提供理论指导。
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG249.2

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本文编号：1303387