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第1章 绪论 1

1.1 半固态成形技术概述 1

1.2 半固态金属成形技术的优点 2

1.3 半固态浆料的制备技术 3

1.4 金属的半固态非枝晶凝固组织与形成机制 8

1.5 半固态金属成形工艺 10

1.6 半固态金属成形技术国内外发展概况 12

参考文献 13

第2章 Y112铝合金半固态成形组织及性能 17

2.1 液相线铸造Y112铝合金半固态浆料的制备 17

2.1.1 合金液相线温度的确定 17

2.1.2 Y112铝合金的熔铸 19

2.2 液相线铸造工艺参数对Y112铝合金组织的影响 19

2.2.1 不同铸造温度下Y112铝合金的组织 19

2.2.2 不同冷却强度下Y112铝合金的组织 20

2.2.3 不同铸造速度下Y112铝合金的组织 21

2.3 液相线铸造Y112铝合金组织形成机理 22

2.3.1 形核 22

2.3.2 长大 25

2.4 液相线铸造Y112铝合金的二次加热 26

2.4.1 液相体积分数的确定 26

2.4.2 电阻炉恒温二次加热 29

2.4.3 电阻炉恒高温快速二次加热 32

2.4.4 二次加热组织的演化机理分析 34

2.5 Y112铝合金半固态成形及其热处理 36

2.5.1 Y112铝合金的半固态挤压及其热处理 36

2.5.2 Y112铝合金的半固态压铸组织及性能 46

2.5.3 Y112铝合金的半固态模锻组织及性能 52

参考文献 56

第3章 ZL116合金的半固态成形及其热处理 57

3.1 ZL116合金半固态坯料的制备 57

3.1.1 实验材料 57

3.1.2 近液相线半连续铸造制备半固态坯料 57

3.1.3 近液相线铸造ZL116铝合金组织形成机理 60

3.2 ZL116合金半固态坯料的二次加热 63

3.2.1 ZL116合金固、液相线温度的确定 63

3.2.2 ZL116合金半固态坯料的二次加热 64

3.2.3 半固态合金坯料二次加热组织的演化机理 68

3.3 ZL116合金的半固态模锻成形 69

3.3.1 实验材料 70

3.3.2 实验设备 70

3.3.3 ZL116合金半固态模锻成形件的内部质量 72

3.3.4 ZL116合金模锻成形件的组织 73

3.3.5 ZL116合金模锻成形件的性能 76

3.4 ZL116合金的半固态挤压成形 77

3.4.1 半固态挤压成形实验 78

3.4.2 ZL116合金挤压件的组织 82

3.4.3 ZL116合金挤压件的性能 89

3.5 ZL116合金半固态挤压成形件的热处理 92

3.5.1 ZL116合金半固态成形件的热处理 92

3.5.2 强化机理分析 95

参考文献 97

第4章 ZL201合金半固态加工 99

4.1 ZL201合金半固态坯料的制备 99

4.1.1 实验材料 99

4.1.2 实验方法 99

4.1.3 实验结果和分析 99

4.1.4 近液相线铸造ZL201合金组织形成机理 100

4.2 低频电磁搅拌制备ZL201合金坯料 101

4.2.1 实验方法 101

4.2.2 实验结果和分析 102

4.2.3 低频电磁场对ZL201合金组织影响的机理 103

4.3 ZL201合金半固态坯料的二次加热 104

4.3.1 实验方法 105

4.3.2 二次加热组织的观察 105

4.3.3 二次加热时组织的转变过程 108

4.4 电阻炉变温高温二次加热工艺 109

4.4.1 实验方法 109

4.4.2 二次加热组织的观察 110

4.4.3 二次加热温度和保温时间对组织转变的影响 111

4.5 半固态触变压铸成形的数值模拟 111

4.5.1 数值模拟的假设 111

4.5.2 数值模拟的主要步骤 112

4.5.3 数值模拟的方案 112

4.5.4 半固态触变压铸成形金属浆料充型过程的数值模拟 113

4.5.5 半固态触变压铸金属浆料凝固过程的数值模拟 130

4.6 半固态触变压铸实验及微观组织观察 132

4.6.1 实验材料 133

4.6.2 实验设备及工艺 133

4.6.3 半固态触变压铸结果与分析 135

4.6.4 半固态触变压铸成形件的微观组织观察与分析 137

4.7 半固态触变压铸件热处理及微观组织观察 144

4.7.1 实验过程 144

4.7.2 时效时间对压铸件性能的影响 144

4.7.3 时效时间对压铸件微观组织的影响 145

参考文献 150

第5章 半固态ZL201合金压缩变形行为 152

5.1 实验材料 152

5.2 实验设备 152

5.3 实验方案 153

5.4 实验结果与讨论 153

5.4.1 半固态ZL201合金重熔后的微观组织 153

5.4.2 压缩变形规律的结果分析 154

5.5 数学模型的建立 159

5.5.1 曲线拟合与最小二乘法 159

5.5.2 建立数学模型 162

5.5.3 数学模型的推导及检验 163

参考文献 169

第6章 ZL201合金半固态挤压及压铸数值模拟 170

6.1 ZL201合金半固态触变挤压成形 170

6.1.1 挤压参数的确定 170

6.1.2 挤压实验 171

6.2 挤压件的组织分析 172

6.2.1 未挤压的样品显微组织分析 172

6.2.2 挤压后的样品显微组织分析 173

6.3 热处理工艺的确定 174

6.3.1 正交实验设计 174

6.3.2 正交实验结果分析 175

6.3.3 正交最优工艺实验验证 178

6.4 热处理过程对微观组织的影响 179

6.4.1 固溶处理对微观组织的影响 179

6.4.2 固溶处理对力学性能的影响 180

6.4.3 时效处理对力学性能的影响 182

6.4.4 时效处理对微观组织影响 183

6.5 半固态触变压铸成形的数值模拟 184

6.5.1 数值模拟的假设 185

6.5.2 AnyCasting充型过程模拟 185

6.6 凝固过程模拟 196

6.6.1 凝固微观组织数值模拟 197

6.6.2 铸件机械性能数值模拟 198

6.6.3 铸件缺陷预测 200

参考文献 201

第7章 ZL201合金半固态模锻组织与性能 202

7.1 半固态ZL201合金浆料的制备工艺 202

7.1.1 材料 202

7.1.2 设备和工具 202

7.2 方法 202

7.3 ZL201合金近液相线电磁铸造（NLEMC）铸态组织 206

7.3.1 NLEMC对合金组织的影响 206

7.3.2 冷却条件对合金组织的影响 210

7.4 ZL201合金NLEMC铸态组织性能 212

7.4.1 电磁搅拌强度的影响 213

7.4.2 不同冷却条件的影响 213

7.5 ZL201合金NLEMC铸态组织SEM分析 213

7.6 半固态ZL201合金模锻成形工艺 219

7.6.1 模锻件形状 220

7.6.2 模锻方式 221

7.6.3 锻件选定 221

7.6.4 分型面 221

7.6.5 模具设计有关参数及其计算 223

7.6.6 锻模设计 224

7.6.7 模具设计图 227

7.7 实验设备与材料 229

7.7.1 设备和工具 229

7.7.2 原料和试剂 229

7.8 ZL201合金的半固态模锻工艺 229

7.8.1 模锻准备 229

7.8.2 比压的选择 230

7.8.3 保压时间的选择 230

7.8.4 模具预热温度的选择 230

7.8.5 模锻及试样编号 231

7.8.6 制样 231

7.9 半固态ZL201合金模锻成形件组织 232

7.10 电磁搅拌强度对组织性能的影响 233

7.11 模锻力对组织性能的影响 234

7.12 模锻温度对组织性能的影响 234

7.13 ZL201合金半固态锻件热处理工艺 235

7.13.1 实验材料与方法 235

7.13.2 硬度测试及结果 235

7.13.3 金相组织观察 237

7.13.4 SEM分析 239

7.14 热处理工艺对模锻成形件性能的影响 241

参考文献 242

第8章 356合金成形过程流场与温度场耦合数值模拟 244

8.1 基本理论 244

8.1.1 描述流体流动的两种方法 245

8.1.2 直角坐标系中流场微分控制方程 246

8.1.3 湍流模型 247

8.1.4 插值、形状函数 252

8.1.5 通用微分方程及其离散化 253

8.1.6 自由表面的处理 255

8.2 传热基本理论 255

8.2.1 热力学第一定律 256

8.2.2 边界条件 256

8.3 半固态压铸模拟研究 257

8.3.1 半固态压铸充型过程流场、温度场耦合数值模拟 257

8.3.2 铸件凝固过程温度场数值模拟 266

8.3.3 模拟结果及分析 267

8.4 实验研究 279

8.4.1 实验设备 280

8.4.2 实验材料 280

8.4.3 实验方法 280

8.4.4 实验结果 281

8.4.5 实验结果分析 283

8.5 模拟结果与实验结果比较 284

8.6 模拟精度分析 287

8.6.1 数值算法的影响 287

8.6.2 初始条件的影响 287

8.6.3 热物理性能影响 288

参考文献 288

第9章 6061铝合金半固态触变模锻成形 289

9.1 坯料制备及二次加热 289

9.1.1 坯料制备 289

9.1.2 二次加热 294

9.2 半固态模锻有限元模型的建立 302

9.2.1 刚黏塑性有限元法 302

9.2.2 DEFORM-3D 303

9.2.3 有限元模型的建立 305

9.3 数值模拟及结果 310

9.3.1 模拟方案 310

9.3.2 前处理 311

9.3.3 后处理及结果分析 312

9.4 热处理工艺 331

9.4.1 实验方案的确定 331

9.4.2 实验方法 332

9.4.3 实验结果与分析 333

9.4.4 最佳热处理工艺验证实验 347

参考文献 349

第10章 6063铝合金半固态触变挤压及数值模拟 351

10.1 6063铝合金半固态坯料的制备 351

10.1.1 近液相线半连续铸造6063铝合金坯料 351

10.1.2 铸态组织观察及分析 352

10.2 6063铝合金的半固态二次加热 354

10.2.1 实验 354

10.2.2 实验结果及分析 355

10.3 6063铝合金半固态触变挤压 360

10.3.1 半固态触变挤压工艺 360

10.3.2 实验设备 362

10.3.3 挤压成形 362

10.3.4 半固态变形机制 363

10.3.5 实验结果 364

10.4 6063铝合金半固态触变挤压数值模拟 367

10.4.1 几何建模 367

10.4.2 材料模型 368

10.4.3 物理性能参数 369

10.4.4 热力耦合分析处理及模拟参数 369

10.4.5 模拟结果 369

参考文献 378