【摘 要】
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镁合金作为轻型结构材料拥有者诸多优秀的性能,如优秀的比强度及比刚度。镁及镁合金目前已被成熟的应用在航天器材、高端汽车及数码3C等领域。但镁合金塑性成形能力较差难、加工困难,已经成为限制镁合金行业发展的首要因素。本文基于镁合金铸轧生产面临的边裂技术瓶颈,结合课题组对镁合金轧制边裂抑制理论阶段性研究成果,对镁合金铸轧凝固焊合线与边裂效应关系进行研究,揭示边裂机理。主要研究内容如下:(1)通过对工艺参数
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镁合金作为轻型结构材料拥有者诸多优秀的性能,如优秀的比强度及比刚度。镁及镁合金目前已被成熟的应用在航天器材、高端汽车及数码3C等领域。但镁合金塑性成形能力较差难、加工困难,已经成为限制镁合金行业发展的首要因素。本文基于镁合金铸轧生产面临的边裂技术瓶颈,结合课题组对镁合金轧制边裂抑制理论阶段性研究成果,对镁合金铸轧凝固焊合线与边裂效应关系进行研究,揭示边裂机理。主要研究内容如下:(1)通过对工艺参数与铸轧板带中性面凝固焊合点位置映射关系进行研究。主要结论如下:随着铸轧温度提升(900-950 K),凝固焊合点向铸轧区出口处偏移,温度每提升10 K凝固焊合点偏移2%,板厚方向板坯温度分布不均匀性略微降低;铸轧速度提高(2-3.2 m/min),凝固焊合点向铸轧区出口偏移,铸轧速度每提升1 m/min,凝固焊合点偏移25%,板厚方向板坯热分布不均匀性降低;换热能力提高(3000-5000 W/m2K),凝固焊合点向铸轧区入口偏移,换热系数每提升1000 W/m2K,凝固焊合点偏移15%,板厚方向板坯热分布不均匀性显著提升。(2)通过对铸轧工艺参数与凝固焊合线特征匹配关系进行研究。主要结论如下:铸轧工艺参数的改变会显著影响铸轧区熔体整体流动情况,从而影响凝固焊合线特征。铸轧温度的提高将会使凝固焊合线整体向铸轧区出口偏移,同时凝固焊合线中心部与边部沿铸轧方向位置差值呈现增加趋势,从21.5 mm增加至24.7 mm;铸轧速度的提高将会使凝固焊合线向出口偏移,同时凝固焊合线中心部与边部沿铸轧方向位置差值呈现增加趋势,从6.2 mm升至25.3 mm;轧辊换热能力的提高,凝固焊合线显著向入口偏移,同时凝固焊合线中心部与边部沿铸轧方向位置差值呈现减小趋势,从27.5 mm降至17.3mm。(3)通过分析全板宽方向凝固焊合线特征的方法对铸轧塑性成形过程进行研究,并分析板边部与板中心部差异性,进而揭示镁合金铸轧边裂现象机理。主要结论如下:铸轧区熔体流动的不均匀是导致凝固焊合线呈现“舌”形的主要原因,由于板坯边部先于板坯中心部凝固,板坯的实际轧制成形截面形成两端高中间低的不规则形状,导致边部压下量高于板坯中心部,并且铸轧板材温度分布由于冷却特性呈现中心高边部低,同时边部温度分布波动性更大,因此,通过数值模拟铸轧过程的塑性成形阶段发现铸轧板材边部所受应力高于中心部所受应力约50%,这是导致板坯发生边裂现象的主要原因。最后通过铸轧工艺参数的配合调控以及优化铸嘴结构可以有效的弱化凝固焊合线的“舌”形效应,从而抑制边裂。
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