AlSi9Mg合金半固态坯料制备有限元分析及工艺参数优化

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为了从根本上解决近液相线浇注法制备半固态坯料的工艺参数多而复杂相关、质量难保证的“瓶颈”问题。将数值模拟技术应用于近液相线浇注法制备AlSi9Mg合金半固态坯料过程的分析,研究了浇注温度、浇注速度、冷却方式、浇注高度等工艺参数对充型、凝固过程中的速度场、温度场的影响,进而分析其对半固态微观组织的影响;总结出各工艺参数对半固态微观组织的影响规律。得出了一定的结论:浇注过程中,金属液以轴向流动为主,周向流动相对较弱。随着浇注的进行,周向流动逐渐增强。浇注过程中金属液的扰动剪切力很大,是形成非枝晶组织的重要原因。浇注温度的降低,浇注速度的增加,冷却强度的降低、浇注高度的增加都有利于获得优异的半固态非枝晶组织。基于数值模拟研究得到的温度场、流场规律,选取合适的工艺参数,再根据正交试验设计原理,设计正交试验数据表,进行正交试验及多目标分析,得出各工艺参数的主次关系、重要程度,进而优化半固态坯料制备的工艺参数,并得出了一定的结论。就对温度场的影响而言,各工艺参数的主次关系为:冷却方式>浇注温度>浇注速度>浇注高度;冷却方式对温度场的影响最为显著,浇注温度、浇注速度其次,而浇注高度最弱。相对冷却方式而言,其他三个因素的影响可以忽略。就对流场的影响而言,各工艺参数的主次关系为:浇注速度>浇注高度>浇注温度>冷却方式;浇注速度对流场的影响最为显著,浇注高度、浇注温度其次,而冷却方式最弱,相对于浇注速度而言,其他三个因素的影响几乎可以忽略。在所选的参数范围内,最优的一组工艺参数组合为:浇注温度为610℃,浇注速度为1.2kg/s,浇注高度为20mm,冷却方式为模具预热温度200℃。实验研究结果表明:本文数值模拟分析的结果是正确的;近液相线浇注法能有效地获得具有均匀、细小的粒状初生晶的AlSi9Mg合金半固态坯料。
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