半固态合金凝固过程中相变传热的研究

摘要

在合金板带坯的制备过程中,铸造技术和半固态加工技术相结合的工艺不仅能使板坯加工性能良好,还具有高效,流程短等特点。因此深入研究合金半固态相变传热机理,建立合适的半固态浆料相变传热模型,探索温度场与固相率的关系,工艺条件对晶粒组织形态的影响,对发展半固态成形工艺,提高镁合金板带的加工质量有着至关重要的意义。
　　 本文章初步模拟了半固态合金凝固过程中的传热和流动行为。同时搭建了半固态浆料对流传热实验平台,测量合金在不同工艺措施下的温度场分布,获取不同温度场下的金相图。通过对金相图的图像处理,计算出该温度下的凝固率和晶粒的形状特征尺度。阐明半固态锌合金的固相率,晶粒组织形态等特征数分别与合金所在温度场之间关系。最终为探明半固态成形过程中热流场与晶粒组织演化之间相互依赖相互影响的关系奠定基础。实验结果表明:
　　 1)圆柱形保温筒内合金,在同一半径处,高温差条件下所测量的温度值比低温差条件下的温度值要小。即保温炉内外半径处温度差的改变,会影响其内部所装载合金的温度场的相应变化。
　　 2)采用机械振动和机械搅拌等措施后,半固态合金内部的温度场分布趋于均匀。且在冷却过程中,温度变化值趋于平缓,无急剧下降情况。
　　 3)在金相图处理方面:在利用金相法计算固相率的过程中,采用“高反差黑白化”技术对图像进行处理,获得更加清晰的金相图,统计得出的固相率与理论计算值相近,误差控制在5％以内。
　　 4)经过机械振动,机械搅拌等工艺措施后,金相图所显示的合金晶粒变小,并且晶粒形状变得更加圆润,枝晶减少。