振动冷却通道对合金凝固组织的影响研究

摘要

半固态铸造可在较低的加工温度下一次性成形形状复杂且性能、精度要求高的零件，具有突出的技术先进性和显著的成本优势。冷却斜板铸造法是实现半固态铸造成形的一种简便而有效的方法，可以以较低的成本生产具有细小球晶组织的铸件。另一方面，在凝固过程中对金属熔体施加振动可以有效细化凝固组织，进一步改善铸件性能。 将上述两种技术思路加以整合，建立了激冷振动实验装置，在金属液流经具有激冷作用的导流斜管进入铸型的同时，可对导流管施加可调频率和强度的机械振动，以期进一步改善半固态浆料品质，获得具有更好组织的铸件。 利用上述实验装置，以Sn-15wt.﹪Pb合金及A1-5wt.﹪Cu合金为研究对象，通过对比常规铸造、激冷处理和激冷振动处理得到的凝固组织的差别，研究了激冷以及振动对凝固组织的影响规律，结果表明流管激冷处理可以有效细化晶粒组织，而流管激冷结合振动处理则可以进一步细化晶粒，实现更佳的球化效果。通过控制不同的浇注温度、冷却条件，对合金凝固组织的特征尺度进行了分析研究，发现降低浇注温度可以增加激冷晶核数量，有效细化晶粒组织；较高的铸型温度有利于减小熔体内的温度梯度，促进晶粒球化，但容易导致激冷晶核重熔，使凝固组织晶粒相对粗大；与砂型相比，金属型中获得的凝固组织细小，但球化效果相对要差。 在Sn-15wt.﹪Pb合金的流管激冷振动处理过程中，振动强度对铸件凝固组织有明显影响，增加振动强度可得到更好的晶粒细化和球化效果，但当强度达到一定程度后，进一步增强振动，对晶粒的细化球化效果的增加不再明显。 对Al-5wt.﹪Cu合金激冷和激冷振动处理获得的两种试样进行了620℃的二次加热处理，发现晶粒在熟化长大同时，其形态变得更加圆整，并且激冷振动处理过的试样组织均匀性好，晶粒球化及细化效果更为明显。

目录

文摘

英文文摘

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第1章文献评述

1.1铸造技术及发展简介

1.2铸件凝固组织及控制

1.3铸件晶粒细化方法

1.4振动细晶技术

1.4.1机械振动细晶研究现状

1.4.2振动细化晶粒的机理

1.5半固态铸造技术及其发展

1.5.1半固态技术的发明及特点

1.5.2半固态加工的基本工艺方法

1.5.3半固态浆料制备技术

1.6本课题提出背景及意义

第2章实验内容和方法

2.1研究内容

2.2实验设备

2.3实验装置

2.4实验流程安排

2.5合金的配制

2.5.1 Sn-15wt.％Pb合金的配制

2.5.2 Al-5wt.％Cu合金的配制

2.6实验过程

2.6.1 Sn-15wt.％Pb合金实验过程

2.6.2 Al-5wt.％Cu合金实验过程

2.7试样选取及处理

第3章Sn-15wt.％Pb合金实验结果及分析

3.1不同处理的铸件凝固组织

3.2振动强度对凝固组织的影响

3.2.1金属型实验

3.2.2砂型实验

3.3冷却速度对凝固组织的影响

3.3.1金属型实验

3.3.2砂型实验

3.4浇注温度对凝固组织的影响

3.5本章小结

第4章Al-5wt.％Cu合金实验结果及分析

4.1不同处理的铸件凝固组织

4.2浇注温度对凝固组织的影响

4.3铸型材料对凝固组织的影响

4.4二次加热处理对凝固组织的影响

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢