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众所周知,镁化学性质活泼,在高温尤其是液态下极易发生氧化甚至燃烧而引入杂质。此外,镁合金中氢溶解量较高,在凝固过程中随着温度降低易析出形成气孔,合金件的性能受到严重影响。特别地,在工程材料中用量极大的AZ91D镁合金对显微气孔较为敏感。随着镁合金产业化进程的推进,世界范围内对高纯度、高性能镁合金的需求越来越大。旋转喷吹除气法是目前国内外公认的较优铝合金除氢技术,研究此方法在镁合金中的应用,对提高镁合金质量具有重要的意义。 此背景下,本文主要以AZ91D镁合金为实验研究对象,对旋转喷吹惰性气体Ar气除气的过程进行了模拟分析,并对旋转喷吹Ar气工艺对添加SiC颗粒的AZ91D镁基复合材料的影响进行了研究。 首先,根据自行设计的旋转喷头及熔炼坩埚,建立二维计算模型,对比分析了不同气流量条件下熔体的流动状态,结合不同气流量下,熔体湍动能、平均速度及速度直方图分析得出:气流量越大,流体湍动越明显,但气流量并不是越大越好,从而确定出本次模拟条件下,合理的气流量范围为135-226 L/h。 其次,利用三维计算模型,研究了不同旋转速度下,Ar气在熔体中的分布、湍动能、压力场、速度场等基本规律。然后研究了不同旋转速度和气流量配合下, Ar气在熔池中的体积分布情况,最后对旋转喷吹过程中,合金液的流场特征进行了简单分析。 最后在上述模拟的基础上,选用旋转喷吹Ar气净化SiCP/AZ91D镁合金熔体,设计进行了三因素三水平的正交试验,探索了气流量、旋转速度及除气时间对合金铸件力学性能和微观组织的的影响,对各组试样力学性能进行后发现:旋转喷吹Ar气净化工艺可显著提高试样的力学性能。但各因素对试样性能的影响强度各有不同,对抗拉强度来说,气流量影响最大;对硬度来说,除气时间影响最大;而对伸长率来说,旋转速度影响最大。综合考虑:本实验条件下,最佳的工艺参数组合为转速475 rpm、气流量180 L/h、除气时间15 min。夹杂物含量由未精炼钱的3.8%降低至0.6%,取得了良好的净化效果。