Al-4﹪Cu共晶合金的净化与过冷凝固研究

摘要

深过冷技术可在较低的凝固速度下有效地实现大体积液态金属的快速凝固，它已经成为快速凝固理论研究的前沿。本文系统研究了Al-4﹪Cu合金获得深过冷的方法和工艺控制条件，发现在氩气的保护下，采用复合熔盐净化与循环过热相结合的方法可使合金获得较大的过冷度。在此基础上研究了过冷Al-4﹪Cu合金凝固组织演化规律：发现熔体过热处理(熔体过热温度、过热时间)对Al-4﹪Cu合金过冷凝固组织形态及一次枝晶间距影响显著，探讨了熔体过热处理影响最终组织、性能及晶体取向的机制，分析了凝固组织中两次晶粒细化现象产生的主要原因，以期能够丰富凝固理论、指导生产实践。通过实验，得出以下主要结论： (1)复合熔盐净化剂可使Al-4﹪Cu合金熔体获得良好的净化效果，使用该净化方法可使Al-4﹪Cu合金得到70K的过冷度；实验研究证实采用粘性熔剂更能有效的去除合金中的异质核心。 (2)Al-4﹪Cu合金的过冷度受保温时间、循环次数及净化温度的影响。其他条件不变时，增加保温时间，Al-4﹪Cu合金的过冷度先是明显增加，随后逐渐趋于稳定；随着净化温度的增加，过冷度先增加，当温度增加到一定值后，过冷度随温度增加而减小；随着循环次数的增加，开始过冷度不断增大，在第4-5个循环中达到最大，此后基本趋于稳定。 (3)熔体过热温度对Al-4﹪Cu合金过冷凝固组织有显著影响，经过850℃和950℃过热处理的一次枝晶间距λ<,1>比在750℃下的一次枝晶间距有明显减小；延长过热保温时间也有类似的效果，随着熔体过热时间t的延长，Al-4﹪Cu合金过冷凝固组织由粗枝晶向细枝晶转变，一次枝晶间距λ<,1>降低。 (4)随着过冷度增大，深过冷凝固微观组织出现“粗．细一粗一细”的变化规律，Al-4﹪Cu合金在0～70K过冷度范围内，出现了两次明显的组织细化，两次转变的临界过冷度分别为AT<,1><'*>=37K，AT<,2><'*>=63K；并分析了两次晶粒细化的原因。

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1定向凝固概述

1.1.1定向凝固技术的发展过程

1.1.2传统定向凝固技术存在的问题

1.1.3新型定向凝固技术

1.1.4定向凝固技术的工业应用

1.2金属熔体的形核与过冷

1.3大体积液态金属深过冷

1.3.1大体积液态金属深过冷获得技术

1.3.2深过冷凝固的特点

1.3.3深过冷技术的应用

1.4过冷熔体中的枝晶生长

1.4.1枝晶生长的稳态理论

1.4.2 LGK模型

1.4.3 LKT模型

1.4.4 BCT模型

1.5铝铜合金性能及应用

1.5.1铝铜合金的主要性能

1.5.2铝铜合金的应用

1.6本文工作的目的、意义及内容

1.7 小结

第二章研究目的、实验方法和装置

2.1研究内容及目的

2.2实验装置的设计与制作

2.2.1加热线圈的制作

2.2.2温度控制和记录装置

2.2.3高频感应加热装置

2.3合金熔配

2.4坩埚

2.5实验过程中的技术要点

2.5.1温度校正

2.5.2深过冷试样的表面处理

2.6实验方法

2.6.1深过冷的获得

2.6.2实验步骤

2.6.3分析与测试方法

第三章合金熔体的净化和过冷研究

3.1净化原理和净化剂的选择

3.1.1净化剂提高熔体过冷度的原理

3.1.2净化剂的选择

3.2净化工艺参数对合金过冷度的影响

3.2.1净化剂对过冷度的影响

3.2.2保温时间对过冷度的影响

3.2.3净化温度对过冷度的影响

3.2.4循环次数对过冷度的影响

3.3净化机制与净化工艺优化

3.3.1净化机制

3.3.2净化工艺优化

3.4 小结

第四章合金的组织分析及凝固机制探讨

4.1过热温度对显微组织的影响

4.2过热时间对显微组织的影响

4.3枝晶生长的模型

4.3.1枝晶生长热力学模型

4.3.2枝晶生长动力学模型

4.4不同过冷度下合金的凝固组织

4.5晶粒细化机制探讨

4.6深过冷凝固机制的讨论

4.6.1形核

4.6.2过冷A1-4％Cu合金熔体的形核和生长的凝固动力学分析

4.6.3形核孕育期

4.7小结

第五章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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