【毕业学位论文】AlSi10MnMg 薄壁铝合金件压铸流动行为及其组织力学性能-机械与运载工程博士论文

学校代号 10532 学 号 T 08131002 分 类 号 密 级 普通 博士学位论文 位申请人姓名 朱必武 培 养 单 位 机械与运载工程学院 导师姓名及职称 李落星 教授 学 科 专 业 机械工程 研 究 方 向 金属材料成型理论及工艺 论文提交日期 2013年10月18日 学校代号：10532 学 号： 级：普通 湖南大学博士学位论文 动行为及其组织力学性能 学位申请人姓名： 朱必武 导师姓名及职称： 李落星 教授 培 养 单 位： 机械与运载工程学院 专 业 名 称： 机械工程 论文提交日期： 2013年10月18日 论文答辩日期： 2013年12月6日 答辩委员会主席： 刘又文 教授 of (2006 A in of in I 2013 I 摘 要 薄壁铝合金铸件因具有良好的轻量化效果和优异的力学性能，在汽车车身、底盘类结构件上有广泛的应用前景。压铸作为一种快速的近净成型工艺，特别适合此类零件的集成化设计和整体成型。然而，薄壁铝合金铸件的压铸生产存在成型困难和力学性能不稳定等问题。因此，对其压铸充型过程中的流动行为及其组织和力学性能展开研究，可以为此类薄壁铸件压铸成型工艺的制定和优化提供理论支持和指导。 本文以 立了薄壁铝合金件压铸数值仿真模型，结合压铸实验结果研究其充型流动行为和组织力学性能规律。首先，采用旋转粘度计测定该合金的粘度并讨论其特征，通过实验求解压铸铸件/铸型界面换热系数，再将粘度和界面换热系数应用于仿真并和实验结果对比，验证所建立的数值仿真模型的有效性。然后，通过实验计算压铸过程中的流体力学参数，结合仿真对充型流动特征进行讨论，并建立薄壁铝合金件压铸充型金属液填充模型。最后，结合仿真讨论流动试样入口处和沿程的组织力学性能，建立薄壁铝合金件压铸沿程气孔分布模型，并将建立的数值仿真模型成功应用于薄壁铝合金电机盖的工艺优化。得到的主要结论如下： 铸造过程中铝合金熔体表现非牛顿流体特性，需采用旋转粘度计测定其粘度；金在降温过程中其熔体内部结构会发生一系列变化，导致其粘度变化可以分为四个阶段，各阶段粘度随温度变化的规律不同。根据薄壁铝合金件压铸充型速度快和时间短的特点，将充型过程分为液相充型阶段和液/固两相充型阶段，分别求解和讨论了各阶段的铸件/铸型界面换热系数。然后在此基础上建立了薄壁铝合金件压铸数值仿真模型。 薄壁铝合金流动试样压铸充型临界长度在浇注温度为 9231013K 范围内达510810过实验计算发现其压铸充型过程中铝合金熔体流动的000 、60 ，结合紊流仿真结果推测铝合金熔体以层流、充型前端液面自由表面破碎成细小液滴的喷射形式高速填充流动试样型腔，由此建立了一种针对薄壁铝合金件压铸充型金属液填充模型，表明在其压铸充型过程中喷射状态和“全壁厚”状态一直存在且保持至充型结束。 结合仿真和实验观测发现，薄壁铝合金压铸流动试样沿程气孔先减少后增加，建立的沿程气孔分布模型将气孔沿程分为四个部分。沿程密度主要受流动性影响。初生布也更均匀，但沿程变化不大。入口处力学性能随浇注温度的升高先增加后减小。浇注温度较低时，沿程力博士学位论文 性能下降明显，主要受气孔影响；浇注温度较高时，力学性能沿程基本保持不变，波动较小，沿程力学性能较稳定，压力对力学性能作用显著。 关键词：金；薄壁压铸；流动性；粘度；界面换热系数；气孔；组织力学性能；数值仿真 V of of in as as a is of in as of in of of of to by is by on of by of of at of by of of to of is to of of a of be of of 士学位论文 V is is of At 23 013K, of of is in 10 10000 0 . It be by of at a in of On of of of is in of of of of of be is by is of be at of At by At of is by I 目 录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 . 要.图索引.表索引. 1章 绪论.言.壁铝合金件压铸技术. 压铸铝合金. 薄壁铝合金压铸件的应用. 铝合金压铸数值仿真技术.合金压铸充型行为研究现状. 铝合金充型流动能力 . 铝合金充型粘度特征 . 铝合金压铸换热行为 .艺参数对铝合金压铸组织力学性能的影响. 铝合金压铸气孔. 铝合金压铸组织力学性能.究内容. 2章 材料及实验方法.验材料制备. 合金成分. 合金熔炼.度测定实验.铸实验. 试样尺寸属性. 压铸装备及工艺. 充型时间、充型速度实验获取方法.织力学性能表征. 取样位置. 密度测定.士学位论文 金相组织表征. 力学性能表征. 断口分析. 3章 薄壁铝合金件压铸数值仿真建模.章引言.壁铝合金件压铸数值仿真模型的建立. 控制方程. 网格划分. 充型流动停止判据. 材料参数. 边界条件. 粘度实验结果. 粘度变化规律及讨论 . 铝合金粘度值对比分析. 压铸仿真粘度参数选择方案.壁铝合金件压铸铸件/铸型界面换热系数实验求解. 铸造充型过程分析. 界面换热系数数学基础. 计算界面换热系数所需实验参数确定 . 界面换热系数计算结果及讨论. 压铸仿真界面换热系数选择方案.章小结. 4章 薄壁铝合金件压铸充型流动行为.章引言.壁铝合金件压铸充型实验分析. 充型流动长度分析讨论. 压射冲头运动规律. 充型时间、充型速度结果.壁铝合金件压铸充型流动特征. 流体流动表征参数. 充型过程流体力学参数计算及特征. 充型过程紊流仿真分析. 薄壁铝合金件压铸充型金属液填充模型的建立. 5章 薄壁铝合金件压铸组织力学性能规律.章引言.壁铝合金件压铸过程中的气孔分布. 入口处气孔和密度. 沿程气孔和密度. 卷气含量仿真分析. 薄壁铝合金件压铸沿程气孔分布模型建立.壁铝合金件压铸凝固组织. 入口处凝固组织. 沿程凝固组织. 冷却速度对凝固组织的影响. 速度差剪切对凝固组织的影响. 压力对凝固组织的影响.壁铝合金件压铸力学性能. 入口处力学性能. 沿程力学性能. 断口分析. 薄壁铝合金件压铸力学性能影响因素 .壁铝合金电机盖压铸工艺优化. 数模分析. 基于数值仿真的电机盖压铸工艺优化 . 电机盖压铸实验. 6章 结论.考文献. 谢.录 .士学位论文