镁合金铸-锻复合成形应用基础研究

利用压铸工艺中液态金属流动能力强、成形零件尺寸精度高和锻造工艺中成形零件致密、力学性能高的的各自优势，提出镁合金铸-锻复合成形技术。通过对镁合金铸-锻复合成形工艺研究及其相关模具的研制与制造，结合对典型镁合金零部件的铸-锻双控成形技术工艺试验参数的优化，力图建立镁合金铸-锻复合成形理论。研究镁合金铸-锻复合成形机制；镁合金制件最终组织对力学性能的影响规律；三场（温度场、流场和力场）耦合作用下组织流变规律及控制；成形过程成形零件形状和尺寸精确控制。结合典型零部件的工艺试验结果，建立相应的镁合金铸-锻复合成形应用技术文件，使其具有力图在镁合金汽车、摩托车、3C领域零部件的成形上得到突破，实现该零部件的控形（控制其形状）和控性（控制其力学性能）的双重效果，为形状复杂高力学性能要求的镁合金结构件成形提供技术支持。

本研究结合压铸工艺和锻造工艺的优势，提出了高性能复杂镁合金结构件铸锻复合成形技术。设计并制造了专用的卧式铸锻复合成形装备与模具，对铸锻复合成形过程中高速充填过程进行了数值模拟分析。利用设计、制造的工装对AZ91D、AM60B镁合金摩托车轮毂和AM60B摩托车缸体结构件进行铸锻复合成形实验研究，并与压铸成形结构件进行了对比分析。通过研究验证铸锻复合成工艺在成形复杂高性能镁合金结构件方面的应用可行性。从宏观和微观层面分析铸锻复合成形对结构件的力学性能和微观组织的影响规律。通过研究取得如下成果：.　　（1）摩托车轮毂的数值模拟结果表明，除了充填初始时期有少许液体飞溅，整个充填过程比较平稳，卷气较少。随着距离轮毂中央交口的距离越远，镁合金的流动速度明显降低。摩托车缸体结构件在高速充填过程中，镁合金熔体的温度场随距离主浇道的距离增加而降低。.　　（2）压铸成形的AZ91D和AM60B镁合金轮毂结构件的表观缺陷较多。部分结构件会出现充不满、冷隔、裂纹、流痕和巨大飞边等缺陷。而铸锻复合成形的轮毂的表面光滑，充型完整。.　　（3）铸锻复合成形的AZ91D镁合金摩托车轮毂结构件的抗拉强度和延伸率分别比压铸轮毂的轮辐提高了68%和106%。铸锻复合成形AM60B镁合金摩托车轮毂结构件的平均抗拉强度为213MPa，较压铸件的平均抗拉强度153.8MPa提高了38.5%；延伸率为13.2%，较压铸件的7.8%提高了69.2%。其平均硬度为70.54，较压铸件的61.43提高了14.8%。.　　（4）铸锻复合成形的AM60B摩托车缸体结构件的抗拉强度由压铸件的147MPa 提高至241MPa，提高了 63.9%；伸长率由压铸的5.3%提高至13.9%，提高了3.3倍。.　　（5）压铸件的微观组织由粗大树枝晶组成，并有明显的缩孔缺陷。而铸锻复合成形件的组织由晶粒细小的等轴晶形貌组成，无明显缩孔缺陷。这种晶粒细小且少无缺陷的微观组织形貌是导致铸锻复合成形件的性能提高的主要原因。.　　（6）发表学术论文10篇，其中被SCI收录9篇，被EI收录10篇（含双检9篇）。申请国家发明专利3项，已经授权1项。获得国家技术发明二等奖1项，黑龙江省自然科学三等奖1项。撰写专著1部。