AZ91镁合金旋转喷吹净化工艺的模拟与实验研究

【摘要】镁合金凭借质轻、比强度、比刚度高、电磁屏蔽、散热及减震性能良好等优势在航空航天、交通运输等诸多领域都得到了广泛的应用，但是，在对其进行熔炼的过程中会不可避免的引入夹杂和气体等缺陷，严重削弱了合金件的综合性能，其较低的纯净度已成为了限制镁合金发展的瓶颈问题。针对此问题，本文主要采用了HFC-134a混合气体保护AZ91镁合金熔体，系统研究了旋转喷吹Ar净化工艺、C2Cl6变质精炼及二者结合的复合净化工艺对熔体的净化效果。论文首先概述了旋转喷吹净化工艺的净化机理及影响因素，采用自行设计的旋转喷吹石墨喷头，运用CO2-NaOH水溶液体系模拟镁合金熔体的净化过程，采用正交试验的方法研究了气流量、旋转速度及离底间隙三因素的不同组合对处理时间的影响，并通过极差分析得出了影响因素的显著性顺序及最佳的净化工艺参数组合；研究了转速及气流量对漩涡深度的影响以及不同转动方式对处理时间的影响，综合得出了净化效果较好的旋转除气工艺。应用流场分析软件Fluent对不同的旋转速度及气流量组合时镁合金熔体内部Ar气的分布情况进行了数值模拟，分析了各因素的影响机理，模拟结果表明只有气流量达到一定值时，Ar才能在合金熔体中发生明显的扩散，转速也会对Ar的分布情况产生影响，二者需要相互配合才能使Ar在熔体中的分布情况达到好的效果。HFC-134a混合气体保护下，采用旋转喷吹Ar净化AZ91镁合金熔体，研究了气流量、旋转速度及离底间隙对合金铸件力学性能和微观组织的的影响，并进行了三因素三水平的正交试验，对各组铸件力学性能进行极差分析的结果表明：旋转喷吹Ar净化工艺可显著提高铸件的力学性能，三影响因素的显著性顺序为气流量>旋转速度>离底间隙，最佳的工艺参数组合为气流量200L/h、转速475rpm、离底间隙40mm；对铸件进行夹杂物定量检测发现：铸件未精炼处理时，夹杂物百分含量为1.573%，经旋转喷吹净化处理后铸件中夹杂物的百分含量可降至0.5%左右。C2Cl6变质精炼剂结合旋转喷吹Ar的复合净化工艺对镁合金熔体进行净化，可使铸件的抗拉强度和伸长率分别从未精炼的95MPa、1.64%提升到161MPa、3.14%，显微组织也显著改善。
【作者】巴静静；
【导师】侯华；
【作者基本信息】中北大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】AZ91镁合金；旋转喷吹Ar；水模拟；数值模拟；力学性能；变质精炼；

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