铝合金电磁流变铸造的基础研究

论文摘要

为了节约有限的能源和保护地球环境,人们开始提出汽车的轻量化和材料的再生利用等问题。电磁半固态铸造能有效地提高铝合金件的性能并在很大程度上减轻铸件的重量,因而得到了工业上的青睐。 为了给工业尘产提供理论指导,推动其在工业上进一步应用。本文根据需要研制了电磁搅拌器,对电磁搅拌下合金熔体的性质和A1-24%Si过共晶合金的组织进行了研究,并重点研究了各试验参数对A1-6.6%Si亚共晶合金凝固组织的影响。结果表明:A1-24%Si过共晶合金在电磁搅拌下出现了非搅拌凝固中所没有的α-A1相晶粒,且在降温速率为10℃/min时,初生硅呈簇状分布在基体上,当降温速率达到60℃/min时,初尘硅呈点状分布在基体上,并且α-A1相晶粒尺寸变小;A1-6.6%Si亚共晶合金在电磁搅拌作用下的凝固过程中首先析出枝晶状α-A1相,树枝晶在混合机制作用下发生断裂,混合断裂机制即合金液在电磁搅拌作用下凝固时,首先析出的枝晶因搅拌力的作用在枝晶根部发生弯曲,导致枝晶根部产生位错,位错聚集,位错的合并和塞积,形成根部颈缩,电磁力、位错和热起伏为根部提供足够的能量,导致了枝晶从根部迅速断裂;随着搅拌强度的增大和降温速率的降低,A1-6.6%Si亚共晶合金所得到的非枝晶α-A1相晶粒变得越来越细小;当A1-6.6%Si亚共晶合金熔体的温度降低到大约620℃后,合金液内的α-A1相晶粒迅速合并长大,单位体积内的α-A1晶粒个数大幅度降低。 最后通过对不同铸造条件下凝固的合金进行力学性能研究分析,结果表明无论是A1-24%Si过共晶合金还是A1-6.6%Si亚共晶合金在电磁搅拌作用下凝固时,其硬度、塑性和强度与非搅拌铸造相比,都有很大的提高。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 半固态铸造的由来
• 1.2 半固态金属材料的制备技术
• 1.2.1 机械搅拌法
• 1.2.2 电磁搅拌法
• 1.2.3 应变诱发熔化激活法
• 1.2.4 剪切-冷却-滚动法
• 1.2.5 其它方法
• 1.3 半固态金属的成形方法
• 1.4 半固态合金成形的应用
• 1.5 半固态技术市场展望与经济分析
• 1.5.1 半固态技术市场展望
• 1.5.2 半固态技术经济分析
• 1.6 半固态成形技术优点与发展历程
• 1.7 本文研究的主要内容
• 2 电磁搅拌器的研制
• 2.1 电磁搅拌器的设计制造
• 2.2 电磁搅拌器的工作原理
• 2.3 旋转型磁场电磁力的理论计算
• 2.4 旋转电磁场的磁场分布形态
• 2.5 旋转电磁场的测量
• 2.6 搅拌器电压、电流和功率的关系
• 3 电磁搅拌对Al-24%Si过共晶合金熔体及组织的影响
• 3.1 实验材料的选择
• 3.2 实验过程
• 3.3 电磁搅拌对金属熔体温度场的影响
• 3.4 电磁搅拌对Al-24%Si过共晶合金的影响
• 3.4.1 电磁搅拌对微观组织的影响
• 3.4.2 电磁搅拌对初生硅的影响
• 3.4.3 电磁搅拌对合金共晶基体成分的影响
• 3.4.4 搅拌时间对组织的影响
• 3.4.5 冷却速率对初生硅的影响
• 4 电磁搅拌作用下Al-6.6%Si亚共晶合金组织转变研究
• 4.1 实验过程
• 4.2 连续降温下的合金组织演变
• 4.3 不同搅拌强度下的组织形态
• 4.4 不同部位的组织形态
• 4.5 等温搅拌下的组织变化
• 4.6 搅拌力方向频变与不变下的组织变化
• 4.7 降温速率对组织的影响
• 4.8 电磁搅拌下非枝晶的形成机制探讨
• 5 电磁搅拌作用下铝合金的力学性能研究
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 拉伸实验
• 5.1.2 硬度实验
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 拉伸曲线
• 5.2.2 拉伸下的各力学性能实验结果
• 5.2.3 断口分析
• 5.2.4 过共晶铝硅合金的布氏硬度
• 5.2.5 亚共晶铝硅合金的布氏硬度
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间学术论文发表情况