半固态镁合金浆料制备及连续铸轧过程的数值模拟研究

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1、摘要半固态镁合金浆料制备及连续铸轧过程的数值模拟研究摘要由于半固态金属加工(简称ssM)技术具有短流程、低能耗和高质量的优点，被认为是21世纪最具有发展潜力的金属成形技术之一，因此近年来在全世界范围内得到广泛重视。半固态金属加工技术包括半固态浆料制备和成形，其中如何制备优质的具有非枝晶结构的半固态浆料是一个非常关键的问题。目前制备半固态浆料的方法已有很多，但大部分都是由国外提出的，因此进一步研究开发更加高效尤其是具有自主知识产权的半固态金属浆料制备方法就已经成了当务之急。在国家自然科学基金项目“阻尼冷管法制备半

2、固态镁合金浆料的研究”和国家科技部科研院所技术开发研究专项资金项目“半固态镁合金板带连续铸轧成形技术的研究”的支持下，本文综合新“MIT'’法和“冷却斜槽法”的特点，提出一种新的制备半固态合金浆料的方法一阻尼冷管法，并使用数值模拟技术对其制备过程进行深入细致的研究，分析不同工艺参数对半固态浆料制备工艺的影响。同时，应用数值模拟方法对半固态镁合金连续铸轧工艺过程进行深入研究，并与实验结果进行对比。论文的主要工作和研究成果如下：(1)综合新“MIT'’法和“冷却斜槽法”的特点，提出一种新的制备半固态合金浆料的方法一

3、带分流楔的扁管式阻尼冷管法。(2)给出了能够描述合金熔体流动过程中的流动、传热和凝固过程的控制方程，对固相体积分数、凝固潜热和湍流粘度等关键问题进行了处理，给出了描述湍流流动的统一方程。(3)利用建立的模型并应用FLOW3D软件对阻尼冷管法制备半固态AZ91D镁合金浆料过程进行了数值模拟，获得了合金熔体流动过程中的流场、温度场、剪切速率场及固相体积分数等的分布，研究了楔形块位置、缝隙大小、压头高度及楔形块高度等工艺参数对半固态浆料制备工艺的影响规律，为阻尼冷管的结构设计及工艺参数的确定提供了有效的基础数据和指导

4、。(4)利用建立的模型并应用FLOW3D软件对半固态AZ91D镁合金连续铸轧过程进行了数值模拟。给出了浇注温度、铸轧速度等工艺参数对熔池内流场、温度场和固相体积分数分布的影响规律。(5)进行了半固态AZ91D镁合金连续铸轧工艺实验，获得了质量较好的半固态摘要镁合金铸轧板带，并对其进行加工性能测试，实验结果表明半固态镁合金铸轧板带具有较好的塑性加工性能。关键词：阻尼冷管法，半固态，AZ91D，镁合金，数值模拟，FLOW3D，连续铸轧，固相体积分数IIABSTRA(了NumericalSimulationofMag

5、nesiumAlloyonthePreparationofSemi-solidSlurryandContinuousRoll-castingProcessDuetoshortduration，lowenergy，highquality，thesemi—solidmetal(SSM)processingisconsideredasthemostpotentialoneformetalforminginthe21stcentury．Therefore，semi—solidmetalprocessinghasobta

6、inedcloseattentionallovertheworldintheseyears．Semi-solidmetalprocessincludethepreparationofthesemi—solidslurryandforming，thekeyofSSMprocessisthepreparationofnon—dendriticstructureslurrywithrosetteorglobularmicrostructureorbilletswithnon-dendriticstructure．Th

7、erearemanymethodsofthepreparationofsemi·solidslurrytillnow．However，mostofthesemethodshavebeenpresentedbyforeignengineers．Therefore，itisimportantthatdevelopedgreatefficiencysemi·solidprocesswithindependentintellectualpatentforpreparationofsemi-solidslurry．Bas

8、edontheNationalNaturalScienceFoundationofChinaProjoct“Studyonthepreparationofsemi—solidMagnesiumalloywithdampercoolingtubemethod’’andtheMinistryofScienceandTechnologyInstituteSpecialFoundationof