铝合金流变铸造组织三维重构及空间结构表征

摘要

本文采用LSPSF半固态浆料制备工艺及其装置，并设置了三个不同的输送管转速（分别为60rpm、90rpm、120rpm），制备了三种不同工艺条件的A356铝合金半固态浆料，在605℃时取样水淬获得原始样品。对样品的微观组织进行观察，并进行二维金相定量分析，将初生α-A1相和共晶相进行三维重构并进行定量研究。
　　 通过观察A356铝合金流变铸造二维微观组织，并通过二维金相定量分析，可知:当输送管转速为60rpm时初生相大部分为近球晶，也出现了较多的蔷薇状晶粒，且分布不均匀，固相分数为54％，形状因子为0.64，平均等效圆直径为80.7μm;当输送管转速为90rpm时初生相基本为近球晶，晶粒圆整度高，且分布均匀，固相分数为58％，形状因子为0.86，平均等效圆直径为72.3μm;当输送管转速为120rpm时初生相主要为近球晶，但也出现了部分不规则的晶粒，固相分数为574％，形状因子为0.79，平均等效圆直径为77.1μm。说明当输送管转速为90rpm时是最佳的工艺参数。
　　 通过对A356铝合金流变铸造组织中初生相和共晶相进行三维重构，获得了初生相和共晶相的三维形貌和空间分布特征，从三维形貌可以清楚的看到晶粒之间的咬合关系和空间位置，这是二维金相图中无法获取的信息。通过定量研究可知:当输送管转速为60rpm时的固相分数为69.3％，形状因子为0.58，平均当量直径为103.7μm;当输送管转速为90rpm时的固相分数为70.5％，形状因子为0.81，平均当量直径为92.4μm;当输送管转速为120rpm时的固相分数为71.2％，形状因子为0.72，平均当量直径为95.7μm。所以90rpm为最佳的工艺参数，这与二维的研究结果相符，但固相分数比二维分析结构有所提高，形状因子有所下降，当量直径有所增大，这主要是由于三维测量的是较精准的实际信息，这说明了三维定量分析更接近晶粒的真实信息。
　　 重构了半固态浆料中三种比较典型的晶粒:蔷薇状晶粒、近球晶及椭球晶。获得了它们的三维空间结构及定量表征，体积依次为1740040μm3、514871μm3、931694μm3，表面积依次为95205μm2、33080μm2、48409μm2。形状因子依次为0.40、0.86、0.83，当量直径依次为149.3μm、99.5μm、121.2μm。三种晶粒形状因子的差别刚好印证了形状因子的计算准确性和可靠性。
　　 通过A356三维空间形貌分析了半固态浆料的流变性能，初生相的形貌及其分布状况大大改善了液相的流动状况，使得金属在较高的固相分数下依然具有良好的流动性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 三维重构技术

1．2．1 三维重构技术的基本概念

1．2．2 三维重构技术的分类

1．2．3 三维重构技术的必要性

1．2．4 三维重构技术的可行性

1．3 国内外研究现状

1．4 本论文研究的意义和内容

1．4．1 本论文研究的意义

1．4．2 本论文研究的内容

第二章 半固态流变成形

2．1 半固态流变成形技术

2．2 半固态流变基础理论

2．2．1 流体的流动类型

2．2．2 牛顿型流动

2．2．3 非牛顿型流动

2．3 半固态浆料的流变行为

2．3．1 变温非稳态流变行为的研究

2．3．2 等温稳态流变行为的研究

2．3．3 具有连续固相半固态糊的探讨

2．4 本章小结

第三章 连续切片技术及定量分析方法

3．1 连续切片简介

3．2 连续切片的基本程序

3．3 切片厚度的控制

3．4 三维形貌的定量分析

3．4．1 半固态初生固相的固相分数定量研究

3．4．2 半固态初生固相晶粒尺寸定量研究

3．4．3 半固态初生固相晶粒形状因子定量研究

3．5 本章小结

第四章 实验方案及过程

4．1 半固态浆料的制备

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设备

4．1．3 实验方案

4．1．4 实验过程

4．2 三维重构

4．2．1 实验设备及软件

4．2．2 二维图像的获取

4．2．3 二维特征数据的提取

4．2．4 三维可视化(即三维重构)

4．2．5 定量分析

4．3 本章小结

第五章 A356铝合金的三维空间形貌

5．1 实验结果及分析

5．1．1 流变成形结果及二维金相分析

5．1．2 二维特征数据及分析

5．2 A356铝合金空间形貌

5．3 三维空间形貌定量分析

5．4 单个初生晶粒的三维重构

5．5 从三维空间形貌分析半固态浆料的流变特性

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 进一步工作的展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果