Al-5Ti-1B细化剂作用下半固态7A04铝合金组织与性能研究

摘要

Al-Zn-Mg-Cu(7xxx系列)系铝合金由于具有低密度、高强度、高塑性等优点，广泛应用于轨道交通和航空航天领域，但该类合金常规铸造时容易产生热裂等缺陷，使其难以通过常规铸造方式直接生产高性能零件。本文系统地研究了7A04铝合金流变成形中的半固态浆料制备、压铸成形及铸件热处理，以期为实现7A04铝合金流变成形工业生产奠定基础。
　　本文通过对添加Al-5Ti-1B细化剂制备的7A04铝合金半固态浆料组织的分析，系统的研究了Al-5Ti-1B细化剂添加量对初生α-Al颗粒及后续二次凝固产生的α2和α3颗粒的平均尺寸和圆整度的影响规律，同时研究了Al-5Ti-1B细化剂对铝合金半固态浆料组织径向均匀性的影响。结果表明:添加Al-5Ti-1B细化剂可以明显改善7A04铝合金半固态浆料初生α-Al颗粒和α2颗粒，但对α3颗粒尺寸和圆整度及7A04铝合金物相无显著影响。在浆料温度630℃下，添加0.1％的Al-5Ti-1B细化剂制备的7A04铝合金半固态浆料的初生α-Al颗粒和α2颗粒的平均直径和圆整度分别为71μm和0.49、29μm和0.45。当Al-5Ti-1B细化剂的添加量超过0.1％，随着细化剂添加量的增加，细化效果无明显提高。添加Al-5Ti-1B细化剂可以改善7A04铝合金半固态浆料组织在径向上的均匀性，在635℃下，变异系数Cv为2.8％。
　　本文通过对添加不同量的Al-5Ti-1B细化剂的7A04铝合金熔体进行压铸，系统的研究了在压铸温度、细化剂添加量和压射速度对铸件的初生α-Al颗粒及二次凝固组织、铸件内部的孔隙率及力学性能的影响。结果表明:添加Al-5Ti-1B可以细化圆整铸件的初生α-Al颗粒，细化圆整效果在压铸温度635℃时最明显;随着Al-5Ti-1B添加量的增多，细化效果无明显提高;Al-5Ti-1B添加量对铸件的孔隙率及力学性能的影响不明显。压铸温度分别为720℃和660℃时，铸件的颗粒尺寸随压射速度的增大无明显变化，圆整度略有提高;压铸温度为635℃时，7A04铝合金铸件的初生α-Al颗粒尺寸随压射速度的增大而减小，圆整度明显提高。铸件的二次凝固组织中α2颗粒平均尺寸和圆整度随压射速度的增大无明显变化。压铸温度相同，7A04铝合金压铸件的孔隙率、密度及抗拉强度和延伸率都是在速度控制阀第四圈时最优;压射速度相同时，铸件的孔隙率随压铸温度的降低而减小，而密度及力学性能增大。
　　本文通过对添加Al-5Ti-1B细化剂的7A04铝合金压铸件进行热处理，研究了在不同压铸温度下、不同Al-5Ti-1B添加量下热处理对该合金压铸件内部的孔隙率及力学性能的影响。结果表明:Al-5Ti-1B添加量的增加对热处理后的铸件的孔隙率及力学性能无明显影响。热处理后的铸件与未热处理相比，孔隙率略微增加，密度略微减小，但抗拉强度和延伸率明显提高，最大值分别为391MPa和2.5％，但由于孔洞的存在，铸件的力学性能与锻件相比还有很大的差距。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 金属半固态浆料技术介绍

1．2．1 半固态成形技术概述

1．2．2 搅拌法

1．2．3 低过热度法

1．3 晶粒细化剂法

1．3．1 细化剂种类

1．3．2 Al-Ti-B中间合金细化机理

1．4 铝合金半固态流变压铸技术

1．4．1 压铸简介

1．4．2 压铸参数

1．4．3 铝合金流变压铸成形研究现状

1．5 热处理对半固态铝合金压铸件的影响

1．6 本文研究的意义及内容

1．6．1 本课题研究的意义

1．6．2 本课题研究的内容

第2章 实验方法

2．1 浆料制备实验

2．2 压铸实验

2．3 热处理实验

第3章 细化剂对7A04铝合金半固态浆料的影响

3．1 细化剂添加量对7A04铝合金半固态浆料组织的影响

3．2 细化剂对7A04铝合金半固态浆料二次凝固组织的影响

3．3 细化剂对浆料均匀性的影响

3．4 细化剂对7A04铝合金半固态浆料组织物相组成的影响

3．5 分析与讨论

3．5．1 Al-5Ti-1B细化剂的细化机理

3．5．2 Al-5Ti-1B对大体积半固态浆料组织均化影响机理

3．6 本章小结

第4章 细化剂对7A04铝合金压铸件组织和性能的影响

4．1 浇注温度对压射速度的影响

4．2 Al-5Ti-1B添加量对铸件的影响

4．2．1 Al-5Ti-1B添加量对铸件组织的影响

4．2．2 Al-5Ti-1B添加量对铸件缺陷的影响

4．2．3 Al-5Ti-1B添加量对铸件性能的影响

4．3 压射速度对7A04TiB铝合金铸件组织的影响

4．4 压射速度对压铸缺陷的影响

4．4．1 压射速度对宏观缺陷的影响

4．4．2 压射速度对铸件内部孔洞的影响

4．5 压射速度对铸件力学性能的影响

4．6 分析与讨论

4．7 本章小结

第5章 细化剂对热处理后7A04铝合金铸件组织和性能的影响

5．1 热处理对7A04铝合金铸件组织的影响

5．2 热处理对7A04铝合金铸件孔洞的影响

5．3 热处理对7A04铝合金铸件力学性能的影响

5．4 细化剂添加量对热处理后7A04铝合金铸件的影响

5．5 分析与讨论

5．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果