一种基于超声制备半固态ALSUB2/SUBY颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的建立方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201410384111.7

申请日:

2014.08.06

公开号:

CN104190894A

公开日:

2014.12.10

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):B22D 17/00申请日:20140806|||公开

IPC分类号:

B22D17/00; B22D1/00; G06F19/00(2011.01)I

主分类号:

B22D17/00

申请人:

南昌大学

发明人:

闫洪; 黄文先

地址:

330031 江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号

优先权:

专利代理机构:

南昌新天下专利商标代理有限公司 36115

代理人:

施秀瑾

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内容摘要

一种基于超声制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变模型的建立方法,包括:1)利用超声振动法,制备Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料半固态浆料;2)在超声条件下通过实验得出Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料和基体材料表观粘度与Al2Y增强相体积分数、固相率之间的关系,用表达;3)在基体材料的表观粘度测量基础上,对实验数据采用ηm=Aexp(Bfs)表达,其中参数A是关于超声功率的幂函数;参数A=cP-d,P为超声功率;4)根据2)和3)得Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料的流变模型:本发明可以获得超声制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料的流变特性,为其数值模拟奠定基础。

权利要求书

1.  一种基于超声制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变模型的建立方法,其特征包括如下步骤:
1)利用超声振动法,制备Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料半固态浆料;
2)在超声条件下通过实验得出Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料和基体材料表观粘度与Al2Y增强相体积分数、固相率之间的关系,并采用式子进行表达,其中ηmmc为复合材料的表观粘度,ηm为基体的表观粘度,fAl2Y为Al2Y的体积分数,a,b为常数项;
3)在基体材料的表观粘度测量基础上,对实验数据采用ηm=Aexp(Bfs)式子进行表达,其中B为常数项,fs为固相率,参数A是关于超声功率的幂函数;参数A采用A=cP-d式子进行表达,其中c,d为常数项,P为超声功率;
4)根据步骤2)和3)得出Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料的流变模型:
ηmmc=cexp(Bfs)P-d(afAl2Y2+bfAl2Y+1).]]>

说明书

一种基于超声制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变模型的建立方法
技术领域
本发明属于金属基复合材料领域,涉及金属材料流变模型的建立方法。
技术背景
流变成形是利用剧烈搅拌等方法制备出预定固相分数的半固态金属浆料,并对半固态浆料进行保温,将该半固态金属浆料直接送往成形设备进行铸造或锻造成形的工艺方法。近年来,学术界和商业界都普遍关注流变成形技术,该工艺具有低能耗、工艺流程短、设备简单等特点,能够容易被中小型生产企业所接受,被认为具有较好的工业应用前景。
半固态浆料的流变特性是影响其流动成形的重要因素之一,流变性能的好坏直接决定了流变成形件的质量。然而,由于浆料的流变行为具有很强的动态性和非线性,所以半固态浆料流变特性的研究也是半固态成形领域的一个难点。因此,对半固态浆料的流变特性进行研究,并建立相关流变方程可进一步描述半固态浆料的流变行为,促进对半固态成形过程的研究。
在流变研究领域,常用表观粘度来定量表征浆料的流变特性,表观粘度值越小,则浆料的流动性越好。目前,对半固态浆料表观粘度的研究主要集中在机械搅拌法、电磁搅拌法或是等温热处理法制备的半固态浆料。超声振动法制备半固态浆料是近期发展起来的新技术,目前许多学者在研究超声法制备半固态浆料方面主要集中在超声工艺参数对半固态浆料微观组织的影响及机理方面的研究,而超声对半固态镁基复合材料流变性能和形成性能等影响方面的研究鲜有报导。本发明在研究超声Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料半固态流变性能的基础上,通过分析实验数据,建立了超声原位Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料半固态表观粘度流变模型,为Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变成形的数值模拟奠定基础,对于分析复合材料的变形特征,优化成形工艺参数具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是建立超声法制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料的流变模型,为半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变成形的数值模拟奠定基础。
本发明通过以下技术方案来实现:
一种基于超声制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变模型的建立方法,包括如下步骤:
1)利用超声振动法,制备Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料半固态浆料;
2)在超声条件下通过实验得出Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料和基体材料表观粘度与Al2Y增强相体积分数、固相率之间的关系,并采用式子进行表达,其中ηmmc为复合材料的表观粘度,ηm为基体的表观粘度,fAl2Y为Al2Y的体积分数,a,b为常数项;
3)在基体材料的表观粘度测量基础上,对实验数据采用ηm=Aexp(Bfs)式子进行表达,其中B为常数项,fs为固相率,参数A是关于超声功率的幂函数;参数A采用A=cP-d式子进行表达,其中c,d为常数项,P为超声功率;
4)根据步骤2)和3)得出Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料的流变模型:
ηmmc=cexp(Bfs)P-d(afAl2Y2+bfAl2Y+1)]]>
本发明的有益效果:本发明可以获得超声制备半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Z复合材料的流变特性,为数值模拟提供流变模型,为Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料的数值模拟奠定基础。
附图说明
图1为本发明实施例中半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料表观粘度计算值和实测值。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明建立超声制备的半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料流变模型的方法,包括以下步骤:
1)试验以AZ91合金(Al 9.163,Zn 0.538,Mn 0.218,Si 0.042,Fe 0.0028,Cu 0.0053,Be 0.0007,Ni 0.0056,余量为Mg,质量分数,下同)为基体,通过向基体合金中加入Mg-Y中间合金,采用超声振动法制备半固态Al2Y/AZ91镁基复合材料浆料。
2)在超声作用下,测量出Al2Y/AZ91复合材料及基体材料表观粘度,确定其与Al2Y增强相体积分数、固相率的关系。表1为镁基复合材料表观粘度ηmmc与固相分数fs和超声功率P关系的实验结果,并采用式子进行拟合,其结果为:
ηmmc=ηm(267f2Al2Y+17.52fAl2Y+1)]]>
表1镁基复合材料表观粘度ηmmc与固相分数fs和超声功率P的关系

3)在基体材料的表观粘度测量基础上(表2为AZ91表观粘度ηm与超声功率P和固相分数fs之间的关系)对实验数据采用ηm=Aexp(Bfs)式子进行拟合,其中B为常数项,fs为固相率,参数A是关于超声功率的幂函数;参数A采用A=cP-d式子进行拟合,其中c,d为常数项,P为超声功率;经计算结果为:
A=24.02*P-0.46
ηm=24.02*exp(5.76*fs)P-0.46
表2AZ91表观粘度ηm与超声功率P和固相分数fs之间的关系

4)根据步骤2)和3)得出超声半固态Al2Y/AZ91镁基复合材料的流变模型:
ηmmc=24.02*exp(5.76*fs)P-0.46*(267f2Al2Y+17.52fAl2Y+1)]]>
由图1可知,半固态Al2Y颗粒增强Mg-Al-Zn复合材料表观粘度计算值和实测值接近,表明流变模型精度高。

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1、10申请公布号CN104190894A43申请公布日20141210CN104190894A21申请号201410384111722申请日20140806B22D17/00200601B22D1/00200601G06F19/0020110171申请人南昌大学地址330031江西省南昌市红谷滩新区学府大道999号72发明人闫洪黄文先74专利代理机构南昌新天下专利商标代理有限公司36115代理人施秀瑾54发明名称一种基于超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的建立方法57摘要一种基于超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的建立方法,包括1利用超声振动法,制。

2、备AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料半固态浆料;2在超声条件下通过实验得出AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料和基体材料表观粘度与AL2Y增强相体积分数、固相率之间的关系,用表达;3在基体材料的表观粘度测量基础上,对实验数据采用MAEXPBFS表达,其中参数A是关于超声功率的幂函数;参数ACPD,P为超声功率;4根据2和3得AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料的流变模型本发明可以获得超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料的流变特性,为其数值模拟奠定基础。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页1。

3、0申请公布号CN104190894ACN104190894A1/1页21一种基于超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的建立方法,其特征包括如下步骤1利用超声振动法,制备AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料半固态浆料;2在超声条件下通过实验得出AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料和基体材料表观粘度与AL2Y增强相体积分数、固相率之间的关系,并采用式子进行表达,其中MMC为复合材料的表观粘度,M为基体的表观粘度,FAL2Y为AL2Y的体积分数,A,B为常数项;3在基体材料的表观粘度测量基础上,对实验数据采用MAEXPBFS式子进行表达,其中B为常数项,FS为固相率,参数A是关。

4、于超声功率的幂函数;参数A采用ACPD式子进行表达,其中C,D为常数项,P为超声功率;4根据步骤2和3得出AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料的流变模型权利要求书CN104190894A1/3页3一种基于超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的建立方法技术领域0001本发明属于金属基复合材料领域,涉及金属材料流变模型的建立方法。技术背景0002流变成形是利用剧烈搅拌等方法制备出预定固相分数的半固态金属浆料,并对半固态浆料进行保温,将该半固态金属浆料直接送往成形设备进行铸造或锻造成形的工艺方法。近年来,学术界和商业界都普遍关注流变成形技术,该工艺具有低能耗、工艺流程短、设备简。

5、单等特点,能够容易被中小型生产企业所接受,被认为具有较好的工业应用前景。0003半固态浆料的流变特性是影响其流动成形的重要因素之一,流变性能的好坏直接决定了流变成形件的质量。然而,由于浆料的流变行为具有很强的动态性和非线性,所以半固态浆料流变特性的研究也是半固态成形领域的一个难点。因此,对半固态浆料的流变特性进行研究,并建立相关流变方程可进一步描述半固态浆料的流变行为,促进对半固态成形过程的研究。0004在流变研究领域,常用表观粘度来定量表征浆料的流变特性,表观粘度值越小,则浆料的流动性越好。目前,对半固态浆料表观粘度的研究主要集中在机械搅拌法、电磁搅拌法或是等温热处理法制备的半固态浆料。超声。

6、振动法制备半固态浆料是近期发展起来的新技术,目前许多学者在研究超声法制备半固态浆料方面主要集中在超声工艺参数对半固态浆料微观组织的影响及机理方面的研究,而超声对半固态镁基复合材料流变性能和形成性能等影响方面的研究鲜有报导。本发明在研究超声AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料半固态流变性能的基础上,通过分析实验数据,建立了超声原位AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料半固态表观粘度流变模型,为AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变成形的数值模拟奠定基础,对于分析复合材料的变形特征,优化成形工艺参数具有重要意义。发明内容0005本发明的目的是建立超声法制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料。

7、的流变模型,为半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变成形的数值模拟奠定基础。0006本发明通过以下技术方案来实现0007一种基于超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的建立方法,包括如下步骤00081利用超声振动法,制备AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料半固态浆料;00092在超声条件下通过实验得出AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料和基体材料表观粘度与AL2Y增强相体积分数、固相率之间的关系,并采用式子进行表达,其中MMC为复合材料的表观粘度,M为基体的表观粘度,FAL2Y为AL2Y的体积分数,A,B为常数项;说明书CN104190894A2/3页400103在。

8、基体材料的表观粘度测量基础上,对实验数据采用MAEXPBFS式子进行表达,其中B为常数项,FS为固相率,参数A是关于超声功率的幂函数;参数A采用ACPD式子进行表达,其中C,D为常数项,P为超声功率;00114根据步骤2和3得出AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料的流变模型00120013本发明的有益效果本发明可以获得超声制备半固态AL2Y颗粒增强MGALZ复合材料的流变特性,为数值模拟提供流变模型,为AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料的数值模拟奠定基础。附图说明0014图1为本发明实施例中半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料表观粘度计算值和实测值。具体实施方式0015下面结合具体的实。

9、施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。0016本发明建立超声制备的半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料流变模型的方法,包括以下步骤00171试验以AZ91合金AL9163,ZN0538,MN0218,SI0042,FE00028,CU00053,BE00007,NI00056,余量为MG,质量分数,下同为基体,通过向基体合金中加入MGY中间合金,采用超声振动法制备半固态AL2Y/AZ91镁基复合材料浆料。00182在超声作用下,测量出AL2Y/AZ91复合材料及基体材料表观粘度,确定其与AL2Y增强相体积分数、固相率的关系。表1为镁基复合材料表观粘度MMC与固相。

10、分数FS和超声功率P关系的实验结果,并采用式子进行拟合,其结果为00190020表1镁基复合材料表观粘度MMC与固相分数FS和超声功率P的关系002100223在基体材料的表观粘度测量基础上表2为AZ91表观粘度M与超声功率P和固相分数FS之间的关系对实验数据采用MAEXPBFS式子进行拟合,其中B为常数项,FS为固相率,参数A是关于超声功率的幂函数;参数A采用ACPD式子进行拟合,其中C,D为常数项,P为超声功率;经计算结果为说明书CN104190894A3/3页50023A2402P046;0024M2402EXP576FSP0460025表2AZ91表观粘度M与超声功率P和固相分数FS之间的关系002600274根据步骤2和3得出超声半固态AL2Y/AZ91镁基复合材料的流变模型00280029由图1可知,半固态AL2Y颗粒增强MGALZN复合材料表观粘度计算值和实测值接近,表明流变模型精度高。说明书CN104190894A1/1页6图1说明书附图CN104190894A。

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