结晶控制法获得半固态铝合金与粒状晶的形成

摘要

常用的半固态制备技术主要包括搅拌、振动、对铸锭进行预处理或后处理等,由于这些方法本身的一些局限性,它们在工业中的应用受到一定限制.该文研究一种新的方法——熔体结晶控制法,着重探讨控制温度法获得非枝晶组织的影响因素和形成机理.由于该技术不需要任何附加处理就能获得良好的非枝晶组织,具有广阔的应用前景.采用不同的方法:改变浇注温度、浇注高度、浇注方式及对熔体施以极短时不同方式的搅动等,获得非枝晶组织.发现接近液相线温度浇注可稳定地获得理想的非枝晶组织,提高浇注高度使非枝晶组织更圆整、细小,接近液相线温度沿侧壁浇注及对熔体施以极短时以轴向为主的流动也能获得良好的非枝晶组织,而底注和对熔体施以极短时以周向为主的流动只能得到枝晶组织.用NaCl水溶液对充型过程进行了模拟,同时也进行了计算机对充型及凝固过程温度场和流动场的数值模拟,发现充型流动以轴向流动为主,伴随有较弱的周向流动.充型结束后,在惯性力和温差的作用下,较强的熔体流动仍然持续一段时间,这种流动对同时进行的凝固过程会产生影响.计算机对充型及凝固过程的数值模拟还显示在接近液相线温度浇注条件下,充型过程中已有部分熔体过冷,凝固初期,熔体的流动仍然较强;但常规浇注条件下,充型过程尽管温降很大,当熔体温度降到液相线温度时,熔体流动已经很弱,对凝固过程影响不大.为研究非枝晶组织的形成过程,在铸件凝固的不同阶段液淬取样,观察发现非枝晶在形成初期为球状,在随后的凝固过程中以胞状生长,亚晶粒最终在亚晶界处熔断,形成新的粒状晶.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1简介

1.2半固态成形技术

1.2.1流变铸造

1.2.2触变铸造

1.2.3半固态锻造

1.2.4半固态挤压

1.2.5半固态轧制

1.3半固态成形技术的工业应用现状

1.3.1综述

1.3.2应用实例

1.4半固态制备技术中存在的问题

1.5半固态制备技术的数值模拟

1.6本论文的研究目的、主要研究内容

1.6.1研究目的

1.6.2主要研究内容

第二章实验方法

2.1实验材料

2.2半固态浆料的制备方法

2.3液淬

2.4水模拟实验

2.5冷却曲线的测定

2.6金相试样的制备

2.7定量分析

2.8计算机模拟

第三章不同条件下获得的铝合金显微组织形态及分析

3.1浇注温度对组织形态的影响

3.2浇注方式对组织形态的影响

3.2.1不同高度顶注

3.2.2底注和沿侧壁浇注

3.3充型流动水模拟

3.4熔体流动形式对组织的影响

3.5非枝晶组织的定量描述

第四章熔体在充型和凝固过程中的温度场及流场模拟

4.1软件简介

4.1.1数学模型

4.1.2离散方法

4.1.3网格划分

4.1.4数值计算方法

4.1.5计算收敛条件

4.1.6热物理参数的处理

4.1.7关于粘性紊流

4.2热物性参数的选取

4.3数值模拟

4.3.1充型后流动的表述

4.3.2数值模拟结果

4.4实验验证

第五章非枝晶形成机理探讨

5.1初生相形态演变

5.1.1枝晶的形态演变

5.1.2非枝晶的形态演变

5.2非枝晶形成机理

5.2.1初生晶形成初期形态

5.2.2初生晶的生长

5.2.3初生晶的增殖

5.3充型流动对初生相形成的影响

5.4特殊晶界

第六章结论

致谢

参考文献