不锈钢/纯铝固液半连续复合铸造工艺研究

摘要

本课题采用固液半连续复合铸造法制备不锈钢-纯铝空心管状靶材。首先根据不锈钢/纯铝铸造复合的特点，创建描述复合铸锭铸造过程的数学模型，并利用商业软件Fluent模拟了复合铸锭铸造过程中的流场、温度场以及凝固过程。采用固液复合半连续铸造法制备了304不锈钢/纯铝双金属复合管材，并对其微观组织及力学性能进行研究分析，确定了复合机制和最佳铸造工艺。主要研究结果如下:
　　(1)数值模拟结果表明，随着铸造速度的增加，不锈钢与铝熔体的接触时间缩短。随着铸造温度的增加，铝液的液穴加深，不锈钢与铝熔体的接触时间增加;
　　(2)不锈钢/纯铝固液铸造复合过程中界面反应过程为:不锈钢与铝界面处生成FeAl3相→FeAl3相层增厚→靠近钢基体一侧的FeAl3相层表面生成Fe2Al5及FeAl2相→铝熔体内部生成共晶组织Al+FeAl3;
　　(3)随着铸造速度的增加，不锈钢-纯铝界面处化合物层厚度以及不锈钢基体中元素在铝中扩散的距离均减小。随着铸造温度的增加，界面处化合物层厚度以及不锈钢基体中元素在铝中扩散的距离均先增大后减小;
　　(4)不锈钢-纯铝复合铸锭界面界面的断裂方式为脆性断裂，拉剪切强度随着界面处化合物层的厚度的增加而减小。其剪切强度由界面处相种类、数量和分布均匀与否所决定，所以界面化合物层厚度越薄，界面处形成的相种类相对越少且越均匀，导致相界面减少，因此试样的拉剪切强度越高;
　　(5)根据不同工艺条件下试样的剪切强度分析，获得拥有高界面复合强度铸锭的铸造工艺为:浇注温度为800℃，铸造速度为150mm/min。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 溅射靶材综述

1．2．1 靶材的定义

1．2．2 靶材的发展概况及研究进展

1．2．3 磁控溅射(MS)原理

1．2．4 溅射靶材的分类和应用

1．2．5 靶材的性能表征

1．2．6 溅射靶材的制备

1．3 铝合金溅射靶材

1．3．1 铝合金溅射靶材的应用及其铸造

1．3．2 铝合金溅射靶材的发展趋势

1．4 双金属复合

1．4．1 双金属复合方法

1．4．2 异种金属复合工艺的比较

1．4．3 固液复合的机理

1．4．4 影响界面结合强度的因素

1．5 Fe／Al双金属复合

1．5．1 Fe／Al二元合金平衡相图

1．5．2 Fe／Al复合界面的热力学反应

1．5．3 Fe／Al金属间化合物层生长动力学

1．5．4 Fe／Al界面反应问题的研究进展

1．6 铝合金半连续铸造过程的数值模拟技术

1．7 本文研究目的和主要内容

第2章 不锈钢／铝复合铸造过程的模拟分析

2．1 铸造过程中流场与温度场的控制方程

2．2 铸造过程中凝固的数学模型

2．3 数学模型的假设与简化

2．4 流场与温度场的边界条件

2．5 复合铸造过程的数值实现

2．5．1 物理模型的建立

2．5．2 初始条件和边界条件

2．6 复合铸锭铸造过程工艺参数的分析

2．6．1 铸造速度对复合铸锭铸造的影响规律

2．6．2 铸造温度对复合铸锭铸造的影响规律

2．7 本章小结

第3章 固液复合铸造的实验材料、设备及方案

3．1 研究方案及技术路线

3．2 实验合金

3．3 实验过程及方法

3．3．1 实验分组

3．3．2 实验过程

3．3．3 铸态样品取样分析与检测方法

第4章 钢／铝固液复合铸造的实验结果及分析

4．1 钢管浸涂助镀剂的结果

4．2 测温结果与分析

4．3 复合界面的观察及分析

4．3．1 复合界面处宏观形貌及微观组织

4．3．2 界面成分分析

4．4 导电性能结果及分析

4．5 力学性能结果及分析

4．5．1 拉剪切强度

4．5．2 断口形貌

4．6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢