AlSi10MnMg薄壁鋁合金件壓鑄流動行為及其組織力學(xué)性能.pdf

1、薄壁鋁合金鑄件因具有良好的輕量化效果和優(yōu)異的力學(xué)性能，在汽車車身、底盤類結(jié)構(gòu)件上有廣泛的應(yīng)用前景。壓鑄作為一種快速的近凈成型工藝，特別適合此類零件的集成化設(shè)計(jì)和整體成型。然而，薄壁鋁合金鑄件的壓鑄生產(chǎn)存在成型困難和力學(xué)性能不穩(wěn)定等問題。因此，對其壓鑄充型過程中的流動行為及其組織和力學(xué)性能展開研究，可以為此類薄壁鑄件壓鑄成型工藝的制定和優(yōu)化提供理論支持和指導(dǎo)。
　　本文以AlSi10MnMg合金為研究對象，建立了薄壁鋁合金件壓鑄數(shù)值

2、仿真模型，結(jié)合壓鑄實(shí)驗(yàn)結(jié)果研究其充型流動行為和組織力學(xué)性能規(guī)律。首先，采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定該合金的粘度并討論其特征，通過實(shí)驗(yàn)求解壓鑄鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)，再將粘度和界面換熱系數(shù)應(yīng)用于仿真并和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比，驗(yàn)證所建立的數(shù)值仿真模型的有效性。然后，通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算壓鑄過程中的流體力學(xué)參數(shù)，結(jié)合仿真對充型流動特征進(jìn)行討論，并建立薄壁鋁合金件壓鑄充型金屬液填充模型。最后，結(jié)合仿真討論流動試樣入口處和沿程的組織力學(xué)性能，建立薄壁鋁合金件壓鑄沿程氣孔分

3、布模型，并將建立的數(shù)值仿真模型成功應(yīng)用于薄壁鋁合金電機(jī)蓋的工藝優(yōu)化。得到的主要結(jié)論如下:
　　鑄造過程中鋁合金熔體表現(xiàn)非牛頓流體特性，需采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定其粘度;AlSi10MnMg合金在降溫過程中其熔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列變化，導(dǎo)致其粘度變化可以分為四個階段，各階段粘度隨溫度變化的規(guī)律不同。根據(jù)薄壁鋁合金件壓鑄充型速度快和時(shí)間短的特點(diǎn)，將充型過程分為液相充型階段和液/固兩相充型階段，分別求解和討論了各階段的鑄件/鑄型界面換熱系數(shù)

4、。然后在此基礎(chǔ)上建立了薄壁鋁合金件壓鑄數(shù)值仿真模型。
　　薄壁鋁合金流動試樣壓鑄充型臨界長度在澆注溫度為923～1013K范圍內(nèi)達(dá)510～810mm。通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算發(fā)現(xiàn)其壓鑄充型過程中鋁合金熔體流動的Re＜2000、We＞＞60，結(jié)合紊流仿真結(jié)果推測鋁合金熔體以層流、充型前端液面自由表面破碎成細(xì)小液滴的噴射形式高速填充流動試樣型腔，由此建立了一種針對薄壁鋁合金件壓鑄充型金屬液填充模型，表明在其壓鑄充型過程中噴射狀態(tài)和“全壁厚”狀態(tài)一

5、直存在且保持至充型結(jié)束。
　　結(jié)合仿真和實(shí)驗(yàn)觀測發(fā)現(xiàn)，薄壁鋁合金壓鑄流動試樣沿程氣孔先減少后增加，建立的沿程氣孔分布模型將氣孔沿程分為四個部分。沿程密度主要受流動性影響。初生α-Al相組織隨澆注溫度的升高晶粒越來越細(xì)，分布也更均勻，但沿程變化不大。入口處力學(xué)性能隨澆注溫度的升高先增加后減小。澆注溫度較低時(shí)，沿程力學(xué)性能下降明顯，主要受氣孔影響;澆注溫度較高時(shí)，力學(xué)性能沿程基本保持不變，波動較小，沿程力學(xué)性能較穩(wěn)定，壓力對力學(xué)性能作