铝合金半固态二次复合挤压铸造凝固规律及过程精确控制

Semi-solid forming and squeeze casting technology are considered to be the very promising materials processing methods. How to realize the combination of two kinds of technology efficiently and stably and realize accurate control of forming process, become the urgent needs of key problem to be solved for breakthrough the bottleneck of semi-solid forming. Based on molding technology of secondary composite squeeze casting of semi-solid aluminum alloy depending on squeeze casting molding system, the forming theory and technology of secondary composite squeeze casting will be systematic researched, to explore the best forming process of aluminum alloy semi-solid slurry, reveal the solidification behavior and law of the semi-solid aluminum alloy slurry under the isostatic pressing, explore the casting reinforcement mechanism and fracture mechanism and influence of heat treatment process on microstructure and properties. Experimental design methods will be used to make precise control of secondary composite squeeze casting of semi-solid aluminum alloy, so as to provide theoretical basis for process design of semi-solid forming and lay a foundation for the popularization and application of the technology.

半固态成形与挤压铸造技术被认为是当前非常有前景的材料成型方法，如何实现两种技术高效、稳定的结合并对成型过程精确控制，成为突破半固态成形瓶颈迫切需要解决的关键问题。本项目基于挤压铸造成型系统的铝合金半固态二次复合挤压铸造成型技术，对半固态二次复合挤压铸造成型理论与技术进行系统研究，以探索最佳的铝合金半固态浆料成型方案，揭示铝合金半固态浆料在等静压下的凝固行为与规律，铸件强化机制与断裂机理，以及热处理工艺对微观组织结构与性能的影响规律。并通过实验设计实现铝合金半固态二次复合挤压铸造过程精确控制，为半固态金属成形工艺设计提供理论依据及该技术的推广应用奠定基础。

本项目将自主知识产权的数值模拟软件Easycast进行升级，改进开发了流场、温度场、凝固缺陷、多级组织调控的多场集成化优化系统，建立了压力对流动的影响及金属液体在枝晶间的流动模型，提出了压力条件下缩孔缩松预测判据。通过数值模拟结果，针对半固态二次复合挤压铸造技术，改进开发了1000KN和5000KN两种型号的多功能液态/半固态成型设备：①增设了同轴度调节装置，同轴度误差≤Φ0.005 mm，可精确控制液态挤压动作；②设置了温度控制系统，精度达±5℃，保证了半固态合金熔体顺利成型。基于多功能液态/半固态成型设备，将压力传递距离短且能在铸件内部产生塑性变形组织的直接挤压优点和适合成型复杂件的间接挤压铸造优点结合起来，设计了二次复合挤压铸造成型方案。.选取典型铝合金铸件（中央接圈件），研究了二次复合挤压铸造工艺条件（挤压压力、模具温度、比例系数）对铝合金铸件微观形貌与性能的影响及规律。研究了挤压铸造过程合金的塑性流动过程，挤压压力的施加会使已经凝固的金属壳层发生不均匀的塑性流动，基体组织与表层组织被两条细晶区分开，在两条细晶区之间存在一条中间层。同时，研究了铸件在不同工艺条件下的微观组织形貌，以及热处理工艺对微观组织结构的影响。.考虑半固态二次复合挤压铸造过程的工艺流程，基于响应面法通过实验设计，建立了工艺参数的交互作用对铸件组织形貌、机械性能等响应值的数学回归模型；通过方差及显著性分析，判断所建立的预测模型的精度，并对各因素的交互作用进行分析，基于数学回归模型与对比实验优化过程工艺。.本项目研究成果为半固态金属成形工艺设计提供理论依据及该技术的推广应用奠定基础。