机械振动对AZ91镁合金充型及凝固的影响研究

作     者：侯钊 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵建华

授予年度：2013年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：机械振动 镁合金 充型 凝固 

摘      要：随着镁合金在工业生产上的广泛应用，对镁合金的研究也日益增多。由于镁合金的充型和凝固过程直接影响着镁合金的性能，本文以AZ91镁合金为研究对象，对其充型和凝固过程施加低频机械振动力场，研究了振动频率为0Hz、20Hz、35Hz、50Hz时对AZ91镁合金充型和凝固过程的影响。实验结果表明： ①随着振动频率的升高，螺旋形试样的平均长度不断增加，流动性增强，当振动频率为50Hz时，螺旋形试样的平均长度相较于不振动来说增加了14%左右，说明了机械振动可显著提高镁合金的充型能力。 ②随着振动频率的增大，镁合金的晶粒组织不断细化，内部的夹杂物含量也不断降低。 ③施加振动后，金属模具达到最大温度值不断升高，所需的时间却不断降低，在50Hz时最大温度值最大，所需时间最少，随着振动频率的振动，铸件-铸型界面的传热效率不断增大。 ④在0-35Hz范围内，随着振动频率的增加，试样的孔隙率比不施加振动时不断降低，当振动频率达到最大值50Hz时，试样的孔隙率反而增大至6.57%，比不振动时还要大。 本课题还对机械振动影响AZ91镁合金充型能力、晶粒尺寸、夹杂物含量、铸件-铸型界面的传热效率和孔隙率的机理进行了理论研究和推导，研究表明： ①在镁合金充型和凝固过程中施加机械振动可以破碎枝晶，加快夹杂物的上浮速度，减少了铸件内夹杂物的含量，降低了金属液黏度逐渐增大的趋势，流动过程中的沿程阻力损失减少，从而使镁合金的充型能力提高。 ②振动使金属液与模具内壁接触更为紧密，铸型与铸件间的边界层流层的厚度减小，接触间隙也变小，接触面积增大，对流换热系数当然也增大，界面传热效率自然上升。 ③当机械振动频率处在一定范围内，机械振动能够促进金属液内的气泡碰撞合并长大，提高其上浮速度，使铸件内的孔隙率下降。而过大的振动频率虽能加快气泡的上浮速度，但因为过于强烈的机械振动使金属熔体吸气卷气加剧且凝固速度加快致使孔洞现象严重，会增大铸件内的孔隙率。