Al-Mn合金的固液混合铸造研究

论文摘要

本论文采用了一种全新的材料制备工艺一固液混合铸造技术制备了Al-Mn合金坯料。所谓固液混合铸造技术是指在过热的合金熔体中加入大量的同种合金粉末或润湿性好的异种合金粉末，经强烈均匀的搅拌后进行铸造或各种热加工的一种材料制备工艺。 论文的主要研究内容包括以下几个方面：制备了Al-Mn合金粉末与母合金，研究了固液混合铸造工艺过程，初步探索并掌握了固液混合铸造工艺条件，观察了铸坯及其后续热加工材料的微观组织，检测了后续加工材料的室温力学性能与耐磨性能，并对固液混合铸造Al-Mn合金坯料的触变成形进行了有益的探索。 将预先制备好的Al-Mn合金粉末按一定的比例加入到自行设计的搅拌装置里，并同时对Al-Mn合金熔体和粉末进行强烈均匀搅拌达到均匀状态，使之变成半固态浆料，将获得的半固态浆料进行压铸成形制备棒材，并对挤压所得的材料进行显微组织观察和力学性能测试。Al-Mn合金半固态浆料转移温度为800℃，半固态转移时间小于10秒。由于合金熔体存在一定的过热度，粉末加入后出现颗粒部分融解现象，使得粉末与熔体之间形成良好的冶金结合，同时又基本保持了粉末的快速凝固组织结构。另外，在半固态温度下进行压力加工有利于粉末团聚体的进一步分散。 实验结果表明：在固液混合铸造工艺中粉末的加入对合金组织中的初晶锰和合金基体组织具有很好的细化效果，半固态浆料的热挤压抗力明显小于全固态热挤压抗力。随着加粉量的增加和粉末粒度的减小，固液混合铸造Al-Mn合金坯料的力学性能随之升高。采用该技术获得的Al-Mn合金坯料的金相显微组织均匀，晶粒细小，呈等轴状或近等轴状（蔷薇状），热挤后合金的力学性能为：σb=130MPa，σ0.2=80MPa，δ=1％，优于传统铸造和半固态铸造合金，使难以应用的高锰铝合金有了应用可能。 采用固液混合铸造技术制备的高锰铝合金的平均摩擦系数为0.46，显著优于铸造合金和不加粉搅拌状态的性能。在200～300℃仍然以磨粒磨损为主，在300℃以上才是粘着磨损，并且其耐磨性能随着粉末量的增加而增加。 该技术工艺简单、生产成本低廉、能成形复杂形状件和大件等优点，具有一定的工业应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 悬浮铸造
• 1.2.1 悬浮铸造的历史概述
• 1.2.2 悬浮铸造的工艺原理
• 1.2.3 悬浮铸造的应用与发展
• 1.3 半固态成形
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 半固态机理
• 1.3.3 半固态合金制备
• 1.3.4 半固态合金坯料重熔
• 1.3.5 半固态成形方法
• 1.3.6 半固态成型件的性能与优势
• 1.3.7 半固态加工的应用前景及发展趋势
• 1.4 固液混合铸造
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 固液混合铸造的特色
• 1.4.3 固液混合铸造在高合金化材料制备中的应用
• 1.5 Al-Mn系合金简介
• 1.5.1 Al-Mn系二元平衡相图
• 1.5.2 Al-Mn系合金的基本特性
• 1.5.3 Al-Mn系合金的应用
• 1.6 选题的目的和意义
• 第2章 研究方案
• 2.1 前言
• 2.2 材质选择
• 2.3 试验方案设计
• 2.4 检测与分析
• 2.3.1 显微组织观察
• 2.3.2 性能测试
• 第3章 固液混合铸造制备锭坯的工艺参数研究
• 3.1 引言
• 3.2 粉末粒度
• 3.3 加粉量与加粉方式
• 3.4 搅拌器转速
• 3.5 熔体过热度
• 3.6 半固态转移温度
• 3.7 模具温度
• 3.8 小结
• 第4章 固液混合铸造Al-Mn合金坯料热挤压组织与性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 显微组织的比较
• 4.3 性能检测
• 4.3.1 密度
• 4.3.2 布氏硬度
• 4.3.1 拉伸性能
• 4.3.2 摩擦性能
• 4.4 问题与讨论
• 4.5 小结
• 第5章 固液混合铸造制备Al-Mn合金坯料触变加工初探
• 5.1 引言
• 5.2 固液混合铸造制备Al-Mn合金坯料重熔处理后的显微组织
• 5.3 固液混合铸造制备Al-Mn合金坯料重熔处理后的硬度
• 5.4 分析与结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）