铝半固态浆料制备研究

摘要

随着新材料、新技术的应用，半固态加工技术逐渐成为研究的热点，半固态浆料制各是半固态加工技术的基础。1系铝合金（以下简称“铝”）应用于化工设备、轨道交通、食品工业、热力交换等方面，但因其凝固区间小、半固态浆料制备过程中固相率难于控制等的问题，难以利用半固态成形技术获得高质量零部件。针对该问题，本文提出了“通过控制潜热变化过程来控制半固态浆料固相率”技术思想，研发了凝固区间小材料半固态浆料的潜热控制制备方法，并针对铝半固态浆料开展了研究，具体研究工作如下:
　　(1)模拟铝半固态浆料搅拌过程。采用联合模拟，对半固态浆料制备过程中的传热过程进行分析。利用ANSYS电磁模块对电磁场进行模拟;利用FLUENT对流场进行模拟。分析熔体流动传热过程中温度场和热量的变化，推导得出固相率与潜热相关的表达式，得到搅拌时间与固相率的关系，为后续实验提供指导和参考。
　　(2)开展放热过程铝半固态浆料制备实验。在搅拌过程模拟的指导下，利用电磁搅拌装置，制备了铝半固态浆料。实验过程中通过保温石棉和加热管的共同作用控制结晶潜热的释放，实现半固态浆料固相率的控制。制得每隔一定放热时问的快速冷淬实验试样，得到不同固相率下的金相组织图片，进行微观组织分析，得到铝半固态浆料的固相率与放热时间的关系。利用实验数据对模拟过程进行修正，得到修正系数。
　　(3)开展吸热过程铝半固态浆料制备实验。在吸热过程中通过加热管的反向加热控制熔化潜热的吸收，实现半固态浆料固相率的控制。利用模拟结果确定加热管功率，每隔一定吸热时间对铝半固态浆料进行快速冷淬，得到不同固相率下的冷淬试样进行组织分析，实验数据拟合后得到铝半固态浆料的固相率与吸热时间的关系。
　　本研究通过控制凝固区间小金属凝固过程结晶潜热的释放和熔化潜热的吸收过程，制备了铝半固态浆料，并控制了半固态浆料的固相率。为优化1系铝合金成形方式、实现凝固区间小金属半固态浆料制备提供理论参考。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题研究背景

1．2 铝加工方法

1．3 半固态金属加工技术

1．3．1 半固态组织成形机理

1．3．2 半固态加工工艺路线

1．3．3 半固态金属的研究应用现状

1．4 数值模拟技术

1．4．1 CFD数值模拟技术概述

1．4．2 CFD数值模拟方法现状

1．4．3 控制方程离散化方法

1．5 研究核心问题及主要内容

2 铝半固态浆料搅拌过程模拟

2．1 电磁搅拌基本原理

2．1．1 磁流体动力学控制基本理论

2．1．2 电磁搅拌混合机理

2．2 模拟方案设计

2．2．1 铝半固态浆料搅拌传热过程分析

2．2．2 铝半固态浆料CFD数值模拟过程

2．2．3 铝半固态浆料数值模拟软件简介

2．3 模拟方案的确定

2．4 铝半固态浆料搅拌模拟

2．4．1 模型建立及网格划分

2．4．2 电磁场部分模拟及结果分析

2．4．3 流场部分模拟及结果分析

2．5 模拟数据处理

2．6 本章小结

3 放热过程铝半固态浆料制备实验

3．1 半固态浆料制备技术

3．1．1 机械搅拌法

3．1．2 单辊搅拌冷却法

3．1．3 冷却斜槽法

3．1．4 电磁搅拌法及电磁搅拌法的确定

3．2 放热过程铝半固态浆料制备实验

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验装置

3．2．3 实验步骤

3．3 铝半固态浆料制备实验结果及分析

3．4 铝半固态浆料冷淬试样微观组织

3．5 放热实验与模拟计算结果对比分析

3．6 本章小结

4 吸热过程铝半固态浆料制备实验

4．1 吸热过程搅拌模拟

4．2 吸热实验理论基础

4．3 吸热过程铝半固态浆料制备实验

4．3．1 实验步骤

4．3．2 吸热过程铝半固态浆料实验结果

4．4 实验结果处理及分析

4．5 吸热实验与模拟计算结果对比分析

4．6 本章小结

5 结论

参考文献

作者简历

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