7A09铝合金半固态浆料的流变剪切制备技术研究

摘要

7A09铝合金因其优良的比强度、耐腐蚀、耐疲劳性能而被广泛地应用在航空航天中，但在锻造生产中易产生粗晶环或长条形缺陷，并未得到很好的解决。半固态加工技术可以很好的解决这一问题，半固态制浆工艺作为半固态加工技术最重要的步骤始终是半固态发展的重要方向。本研究设计一套半固态制浆装置，尝试改良7A09铝合金的组织及性能。
　　首先利用PROCAST软件模拟半固态的制浆过程，分析了不同因素水平下合金液温度场和速度场的变化规律，有助于分析各因素对半固态制浆的影响；利用金相显微镜和显微硬度计分别对半固态坯料的组织及硬度进行分析，以平均晶粒尺寸和平均形状因子为依据分析半固态组织；承接半固态浆料的容器分别采用空冷、预热200℃和水冷三种冷却方式，研究了冷却方式对半固态组织的影响；借助背散射扫描和能谱分析，分析了半固态组织中元素的分布规律。
　　数值模拟结果表明，近液相线浇注减缓合金液在斜管中的流速，增加了在立管中的流速，有利于热交换，也减轻合金液在立管中的粘结现象；过大的斜管倾角不利于温度场的均匀化，且合金液流速过高，降低出口固相分数，过小的斜管倾角易导致堵塞；立管转速对合金液的温度场影响不大，对立管上端合金液的速度场影响较大，对中下端影响较小。
　　通过显微组织分析，当浇注温度在近液相线630℃、斜管倾角为45°、立管转速为70r/min，能够获得良好的半固态组织，平均晶粒大小为52μm，平均形状因子约为0.67，且平均硬度值也最大，为152HV；通过分析承接容器的冷却方式，得出承接容器采用水冷得到的半固态组织最优；能谱分析表明，半固态浆料中固相区域几乎不存在偏析，液相区域的偏析程度很大。
　　本研究提出一种新的半固态流变剪切制备工艺，具有简洁、高效的特点，认为弯折流道钢管能够提供更多的换热和剪切因素，有利于半固态浆料的制备，对工业化生产实践具有指导意义。

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第1章 绪 论

1.1 半固态加工技术概述

1.2 半固态浆料的制备

1.3 半固态技术的国内外研究与应用

1.4 非弯管对半固态浆料组织的影响

1.5 本研究目的、意义及主要内容

第2章 试验材料、设备及方案

2.1 试验材料选用

2.2 试验装置及原理

2.3 试验方案

2.4 PROCAST2009软件的使用

2.5 本章小结

第3章 制备7A09铝合金半固态浆料的数值模拟研究

3.1 引言

3.2 几何模型的建立

3.3 体网格的划分过程

3.4 热物性参数的设置

3.5 不同浇注温度下的模拟结果

3.6 不同斜管倾角下的模拟结果

3.7 不同立管转速下的模拟结果

3.8 本章小结

第4章 7A09铝合金半固态组织及制浆机理分析

4.1 正交试验金相组织分析

4.2 单因子试验组织及性能分析

4.3 斜管在制备半固态浆料中的作用

4.4 承接容器冷却方式对组织的影响

4.5 半固态组织能谱分析

4.6 半固态制浆机理分析

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢