电磁场作用下亚共晶铝硅合金半固态初生α相形貌演变规律的研究

摘要

半固态加工技术作为一种新型的金属成形工艺,在有色金属加工领域应用广泛,而半固态浆料的制备是该技术的关键环节,如何在节能减耗的前提条件下高效地制备出合格的半固态浆料,对于半固态加工技术的发展和应用具有重要的现实意义。因此,本文在此背景下,以A356牌号铝合金作为研究对象,研究了保温工艺参数、电磁搅拌处理技术以及混合稀土细化剂在制备亚共晶铝硅合金半固态浆料过程中的作用,并详细探讨了合金显微组织特别是初生α相在上述条件下的形貌演变、分布规律,由此得到亚共晶铝硅合金的新型半固态制备工艺及其相应的理论依据。
　　为获取细小、圆整且分布均匀的半固态A356合金初生α相,首先通过对低过热度浇注的合金熔体采用不同的保温工艺,对比试验结果确定出最佳的保温工艺参数。分析了不同的保温温度、保温时间对合金中初生α-Al相形貌及分布的影响机制。发现A356合金熔体经620℃近液相线浇注后,在615℃保温10min后的室温凝固组织形貌较好。合理的保温工艺可以促使枝晶熔断提高形核率,改善溶质分布并使初生α晶粒所受界面张力在各方向上趋于一致,从而促进其圆整化。
　　应用变频控制的电磁搅拌装置对经低过热度浇注的A356合金熔体作短时弱电磁搅拌处理,并在上述确定的保温工艺参数下进行保温,分析了电磁搅拌时间、搅拌频率对合金凝固组织中初生α-Al相和Al-Si共晶相形貌与分布规律的影响,从而得到最佳的电磁搅拌工艺参数。试验结果表明,最佳电磁搅拌工艺参数为:电磁搅拌频率30Hz,电磁搅拌时间15s。初生α-Al相受电磁场的作用作高速旋转并破碎枝晶,“冲刷”过程中促使晶粒被打磨圆整、尺寸减小,熔断破碎的细小枝晶通过熔体对流均匀分布于熔体中,并可作为之后液相凝固的形核核心,提高了形核率。过高或过低的电磁搅拌频率都不利于磁场在熔体中的渗透。
　　在上述得到的最佳电磁搅拌工艺条件下,通过添加不同成分比例的混合稀土La与Ce,研究了初生α-Al相在电磁搅拌和稀土细化剂的双重条件下其组织形貌演变规律及分布情况。发现在熔炼过程中添加0.7％La与0.4%Ce后,经620℃浇注,并在30Hz电流频率下作电磁搅拌15s,在610℃保温10min后试样的室温凝固组织形貌最好。La跟Ce在电磁搅拌条件下易于均匀分布在初生α-Al相周围,Al跟RE元素反应前的先共晶相可作为Al-Si共晶反应前初生α相的形核质心,Al11Ce3可为基体提供更多的异质核心,混合RE的细化效果具有区域不均匀性。
　　本文的特色之处在于:借助电磁搅拌工艺,研究了不同成分比例的混合RE元素对合金基体的改善效果,详细探讨了在该双重工艺条件下A356铝合金室温凝固组织特别是初生α-Al相的形貌演变过程和机制,并最后将混合稀土与传统的Al-Ti-B细化剂在高效性和经济性方面作了较为深入的对比,理论分析的同时也考虑到了生产实践。

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第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 半固态金属加工技术概述

1.3 半固态加工技术的应用现状与发展趋势

1.4 本课题主要研究内容

第二章 试验材料、研究方案及设备选择

2.1 试验材料

2.2 试验设备的选择

2.3 研究方案设计

2.4 试样分析处理

第三章 熔体保温工艺对半固态A356合金初生相的影响

3.1 引言

3.2 实验工艺及过程

3.3 保温温度对半固态A356合金初生α相影响机制的研究

3.4 保温时间对半固态A356合金初生α相影响机制的研究

3.5本章小结

第四章 电磁搅拌工艺对半固态A356合金凝固组织的影响

4.1 引言

4.2 试验工艺及过程

4.3 电磁搅拌时间对半固态A356合金凝固组织影响机制的研究

4.4 电磁搅拌频率对半固态A356合金初生α相影响机制的研究

4.5 电磁搅拌技术未来的发展趋势和展望

4.6 本章小结

第五章 电磁搅拌条件下混合稀土对半固态A356合金初生相的影响

5.1 引言

5.2 实验工艺及过程

5.3 电磁搅拌条件下混合稀土对半固态A356合金初生α相的影响

5.4电磁搅拌条件下混合稀土对初生α相影响效果的区域不均匀性

5.5本章小结

第六章 电磁搅拌工艺下混合稀土细化剂的高效性和经济性研究

6.1 引言

6.2 实验工艺及过程

6.3 电磁搅拌条件下Al-Ti-B对半固态A356合金初生α-Al相的影响

6.4 混合稀土细化剂与Al-Ti-B合金和在高效性和经济性方面的对比

6.5 本章小结

第七章 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果

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