变形铝合金自孕育凝固近终形铸造过程及机理研究

摘要

变形铝合金以其优异的性能受到航空航天、汽车等领域的青睐。但是由于加工方法的限制，变形铝合金一般只能采用塑性成形方法来生产棒材、板材等简单件，而且生产成本高。采用铸造的方式，将变形合金从液态直接近终成形为零件，则必将大幅降低生产成本。变形合金的铸造性能较差，易产生热裂、缩孔、缩松等缺陷，而半固态成形为高强铝合金的近终形别开途径。
　　 本文自主开发了一种能够高效率制备优质半固态浆料的工艺，即自孕育铸造法（Self-inoculation Method，简称SIM）。自孕育法获得的半固态浆料组织中没有了发达的树枝晶，提高合金凝固后期的补缩能力，从而减少热裂和缩松。选取2024和7075变形铝合金为研究对象，首先采用Pandat软件，对期进行相关的热力学与动力学计算；之后系统研究了自孕育工艺参数（冷却槽结构、角度、长度、浇注方式、熔体处理温度、孕育剂加入量等）对变形铝合金铸态组织和水淬组织的影响，并对冷却槽入口和出品浆料进行测温；对变形铝合金孕育铸造法的组织形成机理进行初步探讨。实验结果表明：⑴Pandat软件计算结果表明，2024、7075变形铝合金适合进行半固态加工；⑵自孕育法为最佳的浇注方式，选取多流股混合冷却槽能够制备出理想的半固态浆料；⑶在SIM工艺中，只要熔体处理温度（2024：700～730℃;7075:690～740℃）、孕育剂加入量（5％，质量分数）、冷却槽倾角（45°）和冷却槽长充（600mm）能够良好匹配，使出口温度接近合金液相线温度，便可以获得优良的半固态浆料；⑷自孕育法获得的半固态非枝晶组织是熔体爆发形核、枝晶臂断裂→磨圆熟化等机制共同作用的结果。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 变形铝合金的性能特点

1.2 变形铝合金的应用

1.3 变形铝合金的传统成形技术

1.3.1 变形铝合金传统成形技术的优缺点

1.3.2 解决变形合金成形中问题的思路

1.4 半固态成形技术

1.5 常用的半固态金属的制备方法及其存在的问题

1.6 本课题采用的制浆方法

1.7 本论文目的、意义和研究内容

第2章 实验方法

2.1 技术路线与实验方法

2.1.1 实验材料的选择

2.1.2 实验方法

2.1.3 多流股混合冷却槽设备介绍

2.1.4 孕育剂的制备

2.1.5 自孕育法工艺参数的确定

2.2 铸件的组织

2.2.1 金相显微组织

第3章 自孕育过程中的热力学计算

3.1 自孕育过程中的执力学计算

3.1.1 半固态合金的选择标准

3.1.2 2024、7075凝固温度窗口

3.1.3 2024、7075固相率对温度的敏感性

3.1.4 2024、7075半固态加工温度窗口

3.2 自孕育过程中的动力学计算

3.2.1 自孕育过程中初生相的形成机理

3.5 球状晶在多流股混合冷却槽作用下长大过程中的界面稳定性

第4章 冷却槽对变形铝合金组织的影响

4.1 冷却槽结构对变形铝合金组织的影响

4.1.1 冷却槽结构对变形铝合金铸态组织的影响

4.1.2 冷却槽结构对变形铝合金半固态水淬组织的影响

4.1.3 讨论

4.1.4 小结

4.2 冷却槽角度对变形铝合金组织的影响

4.2.1 冷却槽角度对变形铝合金铸态组织的影响

4.2.2 冷却槽角度对变形铝合金半固态水淬组织的影响

4.2.3 讨论

4.2.4 小结

4.3 冷却槽长度对变形铝合金组织的影响

4.3.1 冷却槽长度对变形铝合金铸态组织的影响

4.3.2 冷却槽长度对变形铝合金半固态水淬组织的影响

4.3.3 讨论

4.3.4 小结

4.4 沿冷却槽组织演化

4.5 自孕育铸造法组织形成机理初探

4.6 本章小结

第5章 熔体处理对变形铝合金组织的影响

5.1 浇注方式对变形铝合金组织的影响

5.1.1 浇汪方式对变形铝合金铸态组织的影响

5.1.2 讨论

5.1.3 小结

5.2 熔体处理温度对变形铝合金组织的影响

5.2.1 熔体处理温度对2024变形铝合金铸态组织的影响

5.2.2 熔体处理温度对2024变形铝合金半固态水淬组织的影响

5.2.3 熔体处理温度对7075变形铝合金铸态组织的影响

5.2.4 讨论

5.2.4 小结

5.3 孕育剂加入量对变形铝合金组织的影响

5.3.1 孕育剂加入量对变形铝合金铸态组织的影响

5.3.2 讨论

5.3.3 小结

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 四流股混合冷却槽结构图

附录C 附表

附录D 冷却槽结构对变形铝合金铸态组织的影响

附录E 冷却槽角度对变形铝合金铸态组织的影响

附录F 冷却槽长度对变形铝合金铸态组织的影响

附录G 浇注方式对变形铝合金铸态组织的影响

附录H 熔体处理温度对变形铝合金铸态组织的影响

附录I 熔体处理温度对变形铝合金水淬组织的影响

附录J 孕育剂加入量对变形铝合金铸态组织的影响