成形速度对7075半固态模锻组织均匀性的影响

在半固态模锻过程中,经常会出现液相偏析现象,使零件出现"弱点"或"弱区",这些"弱点"或"弱区"通常又是潜在的裂纹源和服役条件下失效的起因。为了分析研究半固态模锻液相偏析的影响因素,应用DEFORM-3D软件对7075铝合金半固态模锻充型过程进行了模拟,研究了成形速度对7075铝合金杯形件充型过程的影响规律。在模拟的基础上,利用压力机及杯形实验模具,进行了半固态7075铝合金流变模锻成形,研究了成形速度对7075铝合金杯形件半固态模锻组织均匀性的影响。模拟和实验结果表明:成形速度越高,充型越不平稳;在压头温度400℃、成形比压50 MPa、合金温度628℃的条件下,随着成形速度的增加,杯形件的液相偏析度增加,组织越不均匀,当成形速度为5mm/s时,杯形件的液相偏析度高达18.2%。     

工艺参数对7075半固态铸-锻组织均匀性的影响

在半固态模锻过程中,经常会出现液相偏析现象,使零件中出现"弱点"或"弱区",这些"弱点"或"弱区"通常又是潜在的裂纹源和服役条件下失效的起因。为了分析研究半固态模锻液相偏析的影响因素,采用手工搅拌法制备半固态7075合金,利用压力机及杯形实验模具,进行7075半固态铸-锻成形,研究了合金温度、压头预热温度、保持时间等工艺参数对7075半固态铸-锻组织均匀性的影响。结果表明:在一套模具内实现铸造和锻造是可行的;在压头预热温度为400℃,保持时间为2s,成形比压为50MPa的条件下,随着合金温度的增加,杯形件的液相偏析度增加,组织越不均匀,当合金温度为628℃时,杯形件的液相偏析度为14.02%;随着压头预热温度的增加,杯形件的液相偏析度减小,组织越均匀;在合金温度为621℃,成形比压为50MPa,压头预热温度为400℃时,随着保持时间的增加,杯形件的液相偏析度减小,组织越均匀,当保持时间为4s时,杯形件的液相偏析度为2.99%。该结果可为铝合金半固态铸-锻成形工艺的制定和相关研究提供理论参考。     

A356铝合金半固态成形的数值模拟

利用ANSYS有限元模拟软件,通过对温度场与速度场的耦合数值模拟,分析了触变成形过程中充型温度对A356合金半固态浆料流动及温度分布的影响.模拟结果表明:当充型温度为590℃,压射速度为5 m/s时,半固态浆料充型平稳,没有形成喷溅和卷气现象,温度分布没有明显的热节区域形成,半固态浆料成形效果最理想,有利于获得充型完整、轮廓清晰、内部组织致密的半固态成形件.通过实验对数值模拟所获得的工艺参数进行了验证.     

触变模锻Al-7%Si/Al-30%Si合金双金属的数值模拟

采用有限元软件DEFORM-3D对半固态模锻Al-7%Si/Al-30%Si(质量分数,下同)合金复合材料过程进行数值模拟,研究复合成形过程双金属坯料的充型特征,同时探讨工艺参数对复合成形的影响规律。模拟结果表明:单金属触变模锻具有整体性变形特征,双金属触变模锻充型性能受界面传力影响,其非动模侧充型能力比单金属的弱;随着下坯料初始温度提高,界面传力增强,底部充型能力增强;下坯料初始温度过高,会导致复合界面偏靠下侧、弯曲程度大、底部出现飞边;坯料与模具之间的摩擦因素越大,复合界面弯曲和边部向上倾斜越严重;Al-7%Si和Al-30%Si合金初始温度分别为585℃和575℃,当坯料与模具之间摩擦因数较小时,上、下坯料变形协调,锻件充型饱满,复合界面水平居中,双金属模锻复合效果良好。     

工艺参数对半固态流变铸-锻6061合金成形性的影响

采用分析软件测定6061合金冷却曲线,用手工搅拌法制备半固态6061合金,制备不同温度下的水淬试样,测试了不同温度下的初生固相率。利用H1F100型伺服驱动压力机及杯型实验模具,进行半固态6061合金流变铸-锻成形,研究了合金温度、成形压力、上型温度、保持时间等工艺参数对半固态6061合金成形性的影响。结果表明:在一套模具内实现铸造和锻造是可行的,合金温度以及上型温度越高,制件的成形性越好。本实验条件下,当半固态合金温度为642~645℃、上型预热温度为200~300℃时,随着保持时间的增加,半固态6061合金铸-锻成形试样容易产生冷隔等铸造缺陷。     

AlSi7MgBe合金半固态坯料制备及其触变成形

采用近液相线半连续铸造技术制备AlSi7MgBe合金半固态坯料,研究制坯工艺以及二次加热温度和保温时间对半固态浆料微观组织的影响,通过组织与性能分析对AlSi7MgBe合金的半固态触变成形性进行了研究.研究结果表明,AlSi7MgBe合金采用近液相线半连续铸造,坯料具有均匀、细小的蔷薇状组织.当二次加热温度为595℃,保温15 min时,能够得到适合于进行半固态触变成形的球化组织.对近液相线半连续铸造AlSi7MgBe合金坯料进行半固态触变成形,可以获得轮廓清晰、组织致密的成形件,成形件的组织与性能得到改善,与液态模锻工艺相比,硬度提高20%.     

半固态ZL201合金的重熔加热合金组织

采用电子显微镜及图像分析仪,系统研究了近液相线铸造ZL201合金在二次加热过程中的组织演变·结果表明:ZL201铝合金半固态坯料在620～630℃保温5～10min,能够获得适用于半固态成形的触变组织,此时,晶粒平均等积圆直径为43 8μm,晶粒平均圆度为1 87·近液相线半连续铸造可以获得理想的ZL201合金半固态坯料·     

采用SRS技术制备A2017半固态合金与连续扩展成形

利用自制的单辊搅拌(SRS)实验机制备出的A2017半固态材料比常规铸造坯组织优良;在辊靴型腔出口安装扩展成形模,使A2017合金实现半固态扩展挤压成形·实验证明浇注温度高于750℃,A2017合金会过烧,不能成形;浇注温度低于690℃时合金在出口发生完全凝固,不能实现扩展模充模;当靴子预热温度为450℃,在最优浇注温度710～730℃条件下,生产出了组织性能良好的半固态成形材     

铝合金半固态触变充型过程的计算机模拟

分析半固态AlSi7Mg合金触变充型过程中各个阶段浆料的压力和速度变化特征,建立耦合半固态表观粘度的三维流场数学模型,在考虑半固态边界条件和气体阻力方程基础之上,采用SOLAVOF法对铝合金件的触变充型过程进行模拟计算.结果表明, 入流速度大小对半固态浆料充填流态有显著影响.小的入流速度浆料充填流态倾向于采用平稳充型,同时气孔等缺陷产生倾向也小.与刹车泵体轴向注入工艺相比,在一定入流速度下,采用径向注入工艺成形阻力较小,充型中不会出现充不满的铸造缺陷.上述模拟结果与实际相吻合.     

Hastelloy G3管材热挤压模具磨损有限元分析

基于修正的Archard磨损模型,利用DEFORM-2D有限元软件分析了镍基耐蚀合金(Hastelloy G3)管材热挤压成形时挤压工艺参数对模具磨损的影响规律. 结果表明,挤压模具的磨损主要集中在锥模出口处. 模具最大磨损深度随着挤压速度、坯料预热温度的升高而降低,随摩擦因数的增大而升高. 模具表面磨损深度随着模角的增大而升高. 最佳热挤压工艺参数是:挤压速度200mm·s-1,坯料预热温度1180℃,摩擦因数0.05,界面换热系数5N·mm-1·s-1·℃-1. 此时,模具最大磨损深度为0.0515mm,模具可重复使用20次.     

直接使用半固态等温热处理法将工业冷轧ZL104铝合金制备成半固态坯

Semi-solid isothermal heat treatment was proposed to directly process cold-rolled ZL104 aluminum alloys and obtain semi-solid billets. The effects of two process parameters, namely, temperature and processing time, on the microstructure and hardness of the resulting billets were also experimentally examined. Average grain size (AGS) increased and the shape factor (SF) of the grain improved as the process temperature increased. The SF of the grain also increased with increasing processing time, and the AGS was augmented when the processing time was prolonged from 5 to 20 min at 570°C. The hardness of the aluminum alloy decreased because of the increase in AGS with increasing temperature and processing time. The optimal temperature and time for the preparation of semi-solid ZL104 aluminum alloys were 570°C and 5 min, respectively. Under optimal process parameters, the AGS, SF, and hardness of the resulting alloy were 35.88 μm, 0.81, and 55.24 MPa, respectively. The Lifshitz–Slyozov–Wagner relationship was analyzed to determine the coarsening rate constant at 570°C, and a rate constant of 1357.2 μm3/s was obtained.     

半固态钢铁材料直接轧制成型技术的工艺研究

自行设计和制造出一套半固态钢铁材料制备与直接轧制装置．采用重直于水平面的布置方式，有空心水冷球墨轧辊等设备条件，可满足半固态钢铁材料直接轧制成型的试验要求，可轧制出所需内部组织和性能的产品．通过试验研究发现，影响半固态浆料流变轧制成型工艺稳定性的因素中，均匀稳定的半固态浆料定量输送技术是直接轧制成型工艺的技术关键．其他一些因素还会直接影响到轧制产品的组织及性能．     

半固态等温热处理对AZ91D镁合金组织的影响

研究了 AZ91 D镁合金在半固态等温热处理过程中 ,等温时间、等温温度对其组织形态和初生相尺寸的影响 .研究发现 :在升温过程中 ,晶界处的共晶组织 (δ+γ)中的 γ相先发生溶解 ,之后 ,随着温度进一步升高 ,δ相又发生熔化分离 ,并在等温处理过程中逐渐变为球状 .当等温时间过长时 ,球状颗粒有长大的趋势 ,结果表明 :在 570℃时保温 60 min,可得到初生相尺寸在 50～ 80 μm的球状组织 .     

TiC_p/7075Al基复合材料半固态坯料二次加热组织

利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和示差扫描量热法(DSC)研究了4.4%TiC_p/7075Al基复合材料的二次加热组织演变规律及其影响因素. 结果表明:4.4%TiC_p/7075Al基复合材料的最佳二次加热工艺参数是加热温度为590～610℃,保温时间为10～20min;4.4%TiC_p/7075Al基复合材料在二次加热过程中具有较高的稳定性,随温度的升高和保温时间的延长,球形晶粒尺寸增加较小;4.4%TiC_p/7075Al基复合材料在600℃时的晶粒粗化速率常数为118.96μm~3·s~(-1),远小于7075基体合金的晶粒粗化速率常数311.7μm~3·s~(-1),更加适宜于半固态触变成形.     

基于遗传算法的半固态挤压工艺参数优化研究

提出将遗传算法用于半固态挤压工艺参数的优化中，选用AlCuSiMg合金进行半固态挤压试验，结合人工神经网络方法建立了半固态挤压系统的优化模型，在对遗传算法实现的关键问题中，如编码原则，初始种群的产生，目标函数向适应值函数的映射，适应值的调整，以及种数数目，杂交概率，变异概率等参数的选择进行研究的基础上，确定了合适的遗传参数，计算出了半固态挤压工艺参数的优化数据，按该参数进行试验，效果良好，可以有效地减小半固态挤压变形力，其试验数值与计算数值基本相符，说明所提出的方法是可行的。     

B级钢轴箱体半固态挤压成型模具的研究

通过B级钢轴箱体半固态挤压成型的大量试验,得出其模具的主要失效形式为塑性变形、热疲劳裂纹和热熔蚀.理论分析表明,造成B级钢轴箱体半固态挤压成型模具失效的主要原因是模具材料的热强度不够.根据该模具的工作原理及特点,提出了延长模具寿命的有效措施--采用优质复合材料、先进表面处理技术和喷涂适当配比的涂料,其中喷涂适当配比的涂料是提高模具寿命的最有效途径.     

浇注温度对AlSi7Mg合金显微组织的影响

研究了不同的烧注温度对铸造AlSi7Mg合金凝固组织的影响。实验表明：当浇注湿度接近液相线温度时,AlSi7Mg合金中的初生α－Al凝固成球状或粒状,晶粒细小,分布均匀;获得球状或粒状AlSi7Mg合金半固态坯料的最佳浇注温度为615℃;在接近液相线温度下浇注,较快的合金溶体冷却速度、浇注引起的合金溶体流动和大范围的同时凝固促使AlSi7Mg合金形成球状或粒状的初生α－Al组织。     

钢铁材料矩形坯半固态连铸机研制

针对低过热浇注、结晶器润滑、快速制备半固态浆料、非圆坯料与圆形注口的协调等矩形坯半固态连铸中的特殊问题,采用立式机型,用电磁搅拌与温度控制结合法制得半固态浆料,采用低压渗油终结晶器、连续变截面预结晶器等技术,设计了适用于钢铁材料的半固态连铸机.试用结果表明:采用预结晶器、终结晶器的双结晶器式结构可以方便实现半固态浆料的制备、运输和浇注成形,低压渗油技术可使终结晶器得到有效润滑.     

Effect of Slope Plate Variable and Reheating on the Semi-Solid Structure of Ductile Cast Iron

Semi-solid metal casting and forming is a promising production method for a wide range of metal alloys, In spite of many applications for semi-solid processed light alloys, few works have reported on the semi-solid processing of iron and steel. In this research, an inclined plate was used to change the dendritic structure of iron to globular. The effects of the length and slope of the plate on the casting structure were examined. The results show that the process effectively changes the dendritic structure to globular. A sloped plate angle of 7.5° and length of 560 mm with a cooling rate of 67 K· s^-1 gave the optimum graphite nodu- larity and solid particle globularity. The results also show that the sloped plate more easily prevents inoculant fading since the total time processing is rather short. In addition the semi-solid ductile cast iron prepared using the inclined plate method was reheated to examine the effect of reheating conditions on the microstructure and coarsening kinetics of the alloy. The solid fractions at different reheating temperatures and holding times were used to find the optimum reheating temperature range.     

钢铁材料半固态加工技术的研究进展

半固态加工技术优点突出,已被成功的应用于镁、铝合金件的工业生产,一些研究者已经着手将该技术实验于钢铁材料成形,并取得了一定的进展。文章总结了国内外研究者在半固态加工技术方面取得的理论成果,以及钢铁材料半固态浆料的制备工艺,并在此基础上对钢铁材料半固态加工技术的发展趋势做了展望。