镁合金半固态流变铸轧相变传热机理研究

半固态加工与铸轧技术相结合，应用于镁合金板带坯的制备，不仅具有高效、短流程的特点，而且获得的板坯加工性能良好。深入研究镁合金半固态传热机理，建立合适的半固态浆料相变传热模型，对发展半固态成形工艺，提高镁合金板带的加工质量有着至关重要的意义。本课题采用多孔介质模型来描述镁合金半固态铸轧过程中的传热和流动行为，将固相的镁合金看做多孔介质骨架，将液相镁合金看作符合达西定律的流体。进行镁合金半固态浆料对流传热实验和镁合金半固态流变铸轧实验，并对铸轧过程半固态区域进行表征体元(REV)尺度的有限元热流耦合模拟。阐明半固态镁合金的固相率和晶粒组织形态对其温度场和流场影响的规律，深入分析工艺条件对铸轧温度场的影响。探索在孔隙尺度下半固态镁合金热流场格子Boltzmann模拟方法，为与半固态组织生长的数值模拟耦合，最终探明半固态成形过程中热流场与晶粒组织演化之间相互依赖相互影响的关系奠定基础。

本项目实施期间，项目组按照国家基金管理规定及时提交项目进展报告，汇报项目研究进展情况。在工艺开发、数学建模与模拟、理论研究等方面取得预期成果，基本完成了项目计划任务书中的内容:搭建了半固态浆料对流传热实验平台，获取不同工艺条件下的金相图，利用“高反差黑白化”图像处理技术计算固相率，与Scheil方程计算的结果相对比，实验结果与理论符合，且误差可控制在5%以内;深入分析了不同工艺条件对铸轧温度场的影响，完成了半固态金属凝固温度场试验台的设计，取得了半固态金属凝固过程中的温度分布数据并进行了整理分析；自行设计了永磁电磁搅拌装置，为更加深入的研究流变铸轧过程中半固态浆料温度场的变化提供了较为可靠的实验基础及经验积累;根据REV尺度多孔介质格子-Boltzmann方法基本理论，建立了求解高固相率半固态浆料渗流过程的热流耦合数值模型，应用此模型对变孔隙率Poiseuille流动及纯扩散凝固进行初步探索，分析了压差作用下浆料在平板间渗流冷却与热流耦合过程，模拟结果表明浆料渗流速度随温度降低而减慢，相同时刻下凝固潜热较大的浆料渗流Re数高;通过宏观流变学和介观模拟方法对不同条件下半固态浆料凝固过程中的热流耦合关系进行数值模拟研究，探明了半固态成形过程中热流场与晶粒组织演化之间的关系。